石墨烯纳米流体的制备和换热特性研究

发布时间：2017-06-15 23:08

  本文关键词：石墨烯纳米流体的制备和换热特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来纳米流体领域吸引了大量学者广泛的关注,这是由于这种新型的传热工质具有高导热系数等优点,这在传热研究中具有重要的意义。目前,已有的大量研究主要集中在纳米流体的制备、稳定性以及物性参数等方面。本文在此基础上制备了石墨烯这种高导热系数的新型材料,加入分散剂配制得到了石墨烯-乙醇纳米流体;同时,采用数值模拟的方法研究了石墨烯-乙醇纳米流体自然对流以及沸腾换热特性。本文第二章中采用超声剥离石墨的方法制备了石墨烯固体粉末,应用拉曼光谱以及透射电镜对材料进行了表征,表征结果表明所制备的石墨烯固体结构稳定,缺陷较少。进而配制得到了能够长时间保持稳定均一的石墨烯-乙醇纳米流体,对纳米流体的导热特性、流变特性以及润湿性进行了测试。测试结果表明,当石墨烯的体积份额增大,纳米流体的导热系数也不断增大,其中体积份额为0.1%的石墨烯纳米流体与纯乙醇相比提升了10%;纳米流体的粘度随着石墨烯体积份额的增大而增大,流变特性与牛顿流体的性质吻合良好,表明所得纳米流体为牛顿流体。当纳米流体体积份额增大,其表面张力也随之变大,界面接触角也随之变大。对流换热和沸腾换热是流体传热领域中常见的两种换热形式,在验证数值模拟方法准确性后,本文第三章采用层流模型模拟了方腔中的自然对流,以体积分数为变量,研究了纳米流体的自然对流现象。结果表明纳米流体能够提高基液的对流换热性能,石墨烯体积份额越高,对流换热系数提升的幅度越大,颗粒份额为0.1%的石墨烯纳米流体其对流换热系数相比于纯乙醇提升了12%。本文第四章采用欧拉-欧拉双流体模型研究了纳米流体的池沸腾现象,结果表明纳米流体能够提升基液的沸腾换热性能,这种提升幅度随着石墨烯体积份额的增大呈现出先增大后减小的趋势,这是由于纳米流体体积份额越大时,纳米流体粘度的增大引起的沸腾恶化作用越来越明显,抵消了一部分纳米流体导热系数提升带来的强化换热效果。
【关键词】：纳米流体 石墨烯 数值模拟 自然对流 沸腾换热
【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】：TQ127.11;TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 纳米流体制备与稳定性10-12
• 1.2.2 纳米流体物性参数12-14
• 1.2.3 纳米流体换热数值模拟研究14-15
• 1.2.4 纳米流体的应用15-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 石墨烯纳米流体的制备及物性参数测量20-36
• 2.1 石墨烯的制备与表征20-23
• 2.2 石墨烯纳米流体物性参数23-34
• 2.2.1 纳米流体导热系数的测量23-26
• 2.2.2 纳米流体粘度的测量26-31
• 2.2.3 纳米流体界面接触角的测量31-32
• 2.2.4 纳米流体表面张力的测量32-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第3章 石墨烯纳米流体自然对流换热数值模拟研究36-49
• 3.1 数学模型36-37
• 3.2 计算方法与模型验证37-41
• 3.2.1 控制方程37-39
• 3.2.2 初始条件和边界条件39
• 3.2.3 物性参数39-40
• 3.2.4 网格划分及无关性验证40
• 3.2.5 模型验证40-41
• 3.3 数值模拟结果与分析41-47
• 3.3.1 温度场与速度场41-45
• 3.3.2 自然对流换热系数45-47
• 3.3.3 热壁面自然对流热流密度47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 石墨烯纳米流体沸腾换热数值模拟研究49-63
• 4.1 数学模型49
• 4.2 计算方法与模型验证49-55
• 4.2.1 控制方程49-52
• 4.2.2 初始条件和边界条件52-53
• 4.2.3 物性参数53
• 4.2.4 网格划分及无关性验证53-54
• 4.2.5 模型验证54-55
• 4.3 数值模拟结果与分析55-61
• 4.3.1 沸腾过程55-57
• 4.3.2 沸腾换热特性57-60
• 4.3.3 沸腾曲线60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-71
• 攻读学位期间发表的学术论文71-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴轩,宣益民;基于晶格—Boltzmann方法的纳米流体流动和传热模型[J];工程热物理学报;2003年01期

  本文关键词：石墨烯纳米流体的制备和换热特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：453736