纳米流体有效导热系数理论模型及其中高温实验研究

发布时间：2017-07-07 13:05

  本文关键词：纳米流体有效导热系数理论模型及其中高温实验研究

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【摘要】：纳米流体是指将纳米颗粒分散到传统热交换介质中形成的一类新的换热工质。纳米流体有效导热系数的研究,是其应用的基础。目前国际上对纳米流体有效导热系数的增强机理还没有统一认识,对各因素特别是温度的影响还不一致,也缺乏较高温度下纳米流体有效导热系数的实验数据与理论分析。本文针对纳米流体有效导热系数进行机理模型和中高温实验研究。本文首先建立了更加接近于物理实际的吸附层内导热系数三次方分布曲线,基于该分布曲线,修正了预测纳米流体有效导热系数的现有数学模型。该模型能更好地吻合实验数据。通过该模型分析了纳米颗粒体积分数和尺寸,吸附层厚度和平均导热系数,纳米颗粒和基液的导热系数等因素对于纳米流体有效导热系数的影响。指出颗粒粒径和吸附层厚度对于纳米流体有效导热系数有明显影响,而颗粒自身导热系数对于纳米流体有效导热系数影响不大。采用空间平均方法及本文提出的吸附层内导热系数分布曲线,分别建立含球形颗粒和碳纳米管的纳米流体有效导热系数模型。与其他模型对比,本模型可以更有效地预测纳米流体有效导热系数。指出吸附层热物理性质及颗粒尺寸和形状对于纳米流体有效导热系数有明显影响。进一步分析了颗粒团聚形态对于纳米流体有效导热系数的影响,并基于团聚理论建立了含碳纳米管的纳米流体有效导热系数模型。该模型比公认的Wiener模型给出的上下限更接近于实验值。同时解释了纳米流体团聚体内颗粒的团聚形态如何影响纳米流体有效导热系数。拓展了国际上现有纳米流体有效导热系数实验数据的温度范围,并开展了中高温下(接近200oC)纳米流体分散稳定性及有效导热系数的实验。发现纳米流体有效导热系数的增幅并不是随着温度的升高而升高,高温下有效导热系数的增幅低于模型预测值。分析了温度,纳米颗粒体积分数及基液种类对于纳米流体有效导热系数的影响。指出对于含球形颗粒的纳米流体,高温下颗粒布朗运动引起的微对流及颗粒和基液的接触热阻对纳米流体有效导热系数有交互影响。对于含碳纳米管的纳米流体,高温下碳纳米管的不同团聚形态可能是影响纳米流体有效导热系数的重要因素。
【关键词】：纳米流体 导热系数 吸附层 颗粒团聚 中高温
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 课题研究现状12-25
• 1.2.1 纳米流体有效导热系数理论模型研究现状12-16
• 1.2.2 纳米流体有效导热系数实验（温度因素）研究现状16-25
• 1.3 本文的主要研究内容25-26
• 第2章 纳米流体吸附层内导热系数分布研究26-44
• 2.1 引言26
• 2.2 纳米流体吸附层内导热系数分布研究现状26-28
• 2.3 纳米流体吸附层厚度研究现状28-30
• 2.4 纳米流体吸附层内导热系数分布曲线建模30-43
• 2.4.1 纳米流体有效导热系数经典模型30-33
• 2.4.2 纳米流体吸附层内导热系数模型33-36
• 2.4.3 结果与讨论36-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第3章 纳米流体有效导热系数吸附层模型研究44-68
• 3.1 引言44-45
• 3.2 含球形颗粒的纳米流体吸附层的模型研究45-54
• 3.2.1 含球形颗粒的纳米流体有效导热系数模型45-48
• 3.2.2 结果与讨论48-54
• 3.3 含碳纳米管的纳米流体吸附层的模型研究54-67
• 3.3.1 含碳纳米管的纳米流体有效导热系数模型54-56
• 3.3.2 碳纳米管与吸附层复合导热系数建模56-58
• 3.3.3 含碳纳米管的纳米流体有效导热系数建模58-60
• 3.3.4 结果与讨论60-67
• 3.4 本章小结67-68
• 第4章 纳米流体有效导热系数团聚机理研究68-88
• 4.1 引言68
• 4.2 纳米流体有效导热系数团聚的模型研究68-87
• 4.2.1 纳米流体有效导热系数模型上下限研究68-83
• 4.2.2 纳米颗粒在团聚体中不同的团聚形态83-84
• 4.2.3 含碳纳米管的纳米流体团聚的模型研究84-87
• 4.3 本章小结87-88
• 第5章 中高温下纳米流体有效导热系数实验研究88-115
• 5.1 引言88
• 5.2 分散稳定性实验方法88-91
• 5.2.1 分散稳定性机理88-89
• 5.2.2 分散稳定性实验评价方法89-91
• 5.3 实验对象及实验方法91-96
• 5.3.1 实验对象91-94
• 5.3.2 实验方法94-96
• 5.4 实验装置96-99
• 5.4.1 实验装置及实验原理96-99
• 5.4.2 中高温实验验证99
• 5.5 实验结果与分析99-113
• 5.5.1 含球形颗粒的纳米流体有效导热系数实验结果与分析99-109
• 5.5.2 含碳纳米管的纳米流体有效导热系数实验结果与分析109-113
• 5.6 本章小结113-115
• 第6章 结论115-117
• 参考文献117-136
• 致谢136-138
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果138-139

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 Sanjeeva Witharana;Chongyoup Kim;;Predicting thermal conductivity of liquid suspensions of nanoparticles (nanofluids) based on rheology[J];Particuology;2009年02期

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本文编号：530280