石墨悬浮液的导热系数与粘度研究
本文选题：石墨悬浮液 切入点：导热系数 出处：《华中科技大学》2015年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：随着科技的不断发展,传统的换热方法已经无法满足能源消耗的日益增加。虽然增加换热面积,添加各种扰流元件等能够提高换热量,但是往往增加了换热器的重量,体积和泵功。尤其对一些电子元器件等微小设备,需要严格地控制元器件的温度,为此对换热提出了严峻的考验。为了获得体积小,传热性能高,重量轻的换热器,必须从工质本身出发,提高冷却介质的导热系数。传统的换热工质,如水,乙二醇,机油等已经无法满足一些重要场合下的传热要求。传统换热工质的导热系数较低往往严重阻碍了高效传热的发展。1995年Choi最早提出纳米流体的概念。所谓纳米流体,就是将纳米级的固体颗粒分散到水,乙二醇等基液中,并且使得颗粒在纳米流体中稳定的存在。由于固体颗粒的导热系数较高,这样的纳米流体往往具有高导热系数的特点,能够满足众多换热场合。 然而由于悬浮液的结构复杂,测试导热系数方法众多等,尤其纳米流体的不同制备方法往往导致不同结构的纳米流体,为此很多实验室报道的数据不能够被其他实验室所复现,甚至出现相反的结论,实验结果不统一。不同的实验室根据自己的实验结果提出了不同的实验关联式和不同的导热机制,目前仍然没有一个普遍被接受的热传输机制。目前大多的研究都围绕纳米流体的导热系数。对于换热设备中,纳米流体导热系数的提升所带来的换热增强,往往是以纳米流体粘度的增加所引起更高的泵功为代价的。当前悬浮液的粘度的研究往往只是给出了现象的表述和结果的表征,对于纳米流体粘度变化的机制显得匮乏。 根据当前面临的一些问题,通过实验的方法分别研究了石墨悬浮液的导热系数与粘度的特性。主要内容有： 1)石墨悬浮液的制备：通过表面氧化,微波膨胀,超声处理等方法,制备了性能稳定的石墨悬浮液。 2)石墨悬浮液导热系数的测量：通过瞬态热线法对悬浮液的导热系数进行测量。通过添加基液稀释的办法,获得悬浮液的不同体积分数,并针对不同超声时间的悬浮液进行分别测量。通过对石墨悬浮液在不同温度下进行导热系数的测量,再次分析和比较布朗运动和团聚体对悬浮液导热系数的影响。 3)热流“逾渗”现象的分析：通过分析阻抗的测量结果,对悬浮液的导热系数在“逾渗”点前后出现斜率的异常变化,提出了机理上的分析。 4)石墨悬浮液粘度的测量：采用圆锥-平板法,AR-G2粘度计对悬浮液的粘度进行测量。通过实验数据的分析,从颗粒在剪切力作用下重新排布的角度分析了悬浮液出现“剪切薄”的变化规律。 5)温度对悬浮液的粘度的影响：通过控制AR-G2粘度计的底板温度获得了不同的温度下,悬浮液粘度的变化规律。根据不同的温度,不同的剪切率下,悬浮液的粘度呈现出不同的变化规律,从布朗运动,颗粒的线性排布,和能量变化的角度分析实验结果。通过Stokesian Dynamic模型对实验进行分析,从而进一步探究粘度的变化机理。 从悬浮液的导热系数和粘度系数入手,探究了悬浮液在静止状态和动态流动中的导热和阻力上的性能,为设计具有高导热系数,低粘度系数的稳定悬浮液提供了理论依据,从而进一步地实现体积小,传热性能高,重量轻的换热器,以满足工业各个领域的需求。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.11
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