ZnO纳米流体传热特性实验研究

发布时间：2017-07-05 11:29

  本文关键词：ZnO纳米流体传热特性实验研究

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【摘要】：纳米流体因其优良的传热特性而具有很大的潜在使用价值和商业竞争力,为了分析其换热性能,寻求换热能力良好的纳米流体,国内外学者分别对水基纳米流体和乙二醇基纳米流体的换热性能进行了大量的实验研究和数值模拟研究,纳米流体的强化换热机理也得到了很大的发展。然而,这两类纳米流体因其不够理想的物性而受到很大的限制,尤其是受到导热性能、防冻性能和粘性的影响。另外,在纳米流体的传热研究中多以Cu O、Al2O3、Ti O2等金属氧化物为添加物,因此,此类纳米流体已得到广泛的研究,然而很少有文献报道Zn O纳米流体的传热特性研究结果。因此,本文以乙二醇水溶液为研究对象,对乙二醇(Ethylene Glycol,简称:EG)/去离子水(Deionized Water,简称:DW)基Zn O纳米流体进行了系统的实验研究,分析了该纳米流体的输运特性(导热系数和粘度)、自然对流特性和沸腾换热特性。以聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolidone,简称:PVP)为分散剂制备了稳定的Zn O纳米流体,然后进行了该纳米流体的输运性质测量。实验结果指出PVP和Zn O纳米颗粒添加的最佳质量浓度分别为2.12%和5.25%,Zn O-EG/DW纳米流体以其良好的热传导性能、较小的流动阻力、良好的防冻性能等优点而作为自然对流和沸腾换热实验研究的工质。配制了不同乙二醇水溶液浓度的Zn O颗粒质量浓度为5.25%的Zn O-EG/DW纳米流体,测量了不同加热功率下该纳米流体的换热温差,通过计算结果分析了纳米流体的对流换热效果。结果表明,随着EG浓度的增加,传热能力降低,同时,自然对流系数h、努赛尔特数Nu以及瑞利数Ra均随加热功率的增加而增加,实验范围内Zn O纳米颗粒的存在弱化了EG/DW的自然对流能力。最后,搭建了沸腾换热平台,研究乙二醇水溶液浓度和纳米颗粒浓度对Zn O纳米流体的沸腾换热特性的影响。结果表明:对于质量分数为5.25%的Zn O-EG/DW纳米流体,随着基液中EG浓度的增加(DW的减少),热流密度减小。只有Zn O纳米颗粒的质量浓度~7.25%时,纳米流体才具有强化沸腾换热的能力,进一步增加纳米颗粒浓度削弱了沸腾换热能力。
【关键词】：Zn O纳米流体 输运特性 自然对流 沸腾换热 实验研究
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-21
• 1.2.1 纳米流体的制备研究现状11-13
• 1.2.2 纳米流体的导热系数研究现状13-15
• 1.2.3 纳米流体的粘度研究现状15-18
• 1.2.4 纳米流体自然对流研究现状18-19
• 1.2.5 纳米流体沸腾换热研究现状19-21
• 1.2.6 国内外文献综述简析21
• 1.3 本课题研究内容21
• 1.4 本章小结21-23
• 第2章ZnO纳米流体的物性测量23-46
• 2.1 引言23
• 2.2 纳米流体的制备23-25
• 2.3 导热系数测量装置及原理25-28
• 2.3.1 导热系数测量装置25-26
• 2.3.2 导热系数测量原理26-27
• 2.3.3 导热系数仪的可靠性27-28
• 2.4 粘度测量装置及原理28-31
• 2.4.1 粘度测量装置28
• 2.4.2 粘度测量原理28-31
• 2.4.3 粘度仪的可靠性31
• 2.5 ZnO纳米颗粒分析测试31
• 2.6 PVP对ZnO纳米流体的影响31-35
• 2.6.1 分散剂的作用31-32
• 2.6.2 PVP对ZnO纳米流体导热系数的影响32-34
• 2.6.3 PVP对ZnO纳米流体粘度的影响34-35
• 2.7 ZnO颗粒浓度对纳米流体的影响35-39
• 2.7.1 ZnO颗粒浓度对纳米流体导热系数的影响35-37
• 2.7.2 ZnO颗粒浓度对纳米流体粘度的影响37-39
• 2.8 基液对ZnO纳米流体的影响39-44
• 2.8.1 单组份基液ZnO纳米流体的导热系数39-40
• 2.8.2 单组份基液ZnO纳米流体的粘度40-41
• 2.8.3 二元混合基液ZnO纳米流体的导热系数41-42
• 2.8.4 二元混合基液ZnO纳米流体的粘度42-44
• 2.9 本章小结44-46
• 第3章ZnO纳米流体自然对流特性46-58
• 3.1 引言46
• 3.2 实验装置及原理46-50
• 3.2.1 实验装置46-47
• 3.2.2 实验原理47-49
• 3.2.3 实验操作49-50
• 3.3 实验结果及讨论50-54
• 3.4 实验误差分析54-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章ZnO纳米流体沸腾换热特性58-71
• 4.1 引言58
• 4.2 实验装置及原理58-62
• 4.2.1 实验装置58-60
• 4.2.2 实验原理60-61
• 4.2.3 实验操作61-62
• 4.3 实验结果及讨论62-68
• 4.3.1 水的沸腾曲线62-63
• 4.3.2 ZnO-EG/DW纳米流体和EG/DW基液的沸腾曲线63-68
• 4.4 实验误差分析68-69
• 4.5 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-83
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果83-85
• 致谢85

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本文编号：521823