微量水基纳米流体静电雾化冷却性能及机理研究

发布时间：2017-08-04 21:20

  本文关键词：微量水基纳米流体静电雾化冷却性能及机理研究

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【摘要】：微量润滑技术是一种将压缩空气与极微量的润滑液混合汽化后喷射到加工区进行有效润滑的切削加工方法。它是一种介于干式与湿式切削之间的润滑技术,主要应用于汽车发动机制造、高精密电子器件冷却等领域。但由于其利用的生物和酯类润滑油冷却性能不足,且其在应用过程中会迅速增大油雾微粒浓度,故微量润滑技术难以满足绿色高效切削高要求。有鉴于此,本文开展了微量水基纳米流体静电雾化冷却性能与机理研究,旨在为发展新一代绿色切削技术奠定基础。具体工作如下:(1)以纳米石墨、二硫化钼、多壁碳纳米管为颗粒,以六偏磷酸钠、吐温20、聚乙二醇、阿拉伯胶为分散剂,制备了水基纳米流体。利用静置沉淀法和激光粒度仪测量法研究了分散剂种类、分散剂质量分数及纳米颗粒体积分数等因素对纳米流体分散稳定性影响。发现了不同水基纳米流体适合的分散剂种类、分散剂质量分数与纳米颗粒体积分数,制备出了稳定性较好的多壁碳纳米管水基纳米流体,为后续的静电雾化冷却换热试验提供冷却介质。(2)基于静电雾化原理与传热学基础理论,首次研制了静电雾化冷却能力评价装置。利用该装置不仅可进行瞬态换热试验测得临界热流密度,而且可进行稳态换热试验测得换热系数,进而为全面评价微量水基纳米流体静电雾化冷却性能提供基础。(3)进行了不同喷嘴角度、电极电压、电极间距、冷却介质流量、纳米颗粒体积分数等参数下微量水基纳米流体静电雾化冷却换热试验,发现了上述因素对临界热流密度及换热系数的影响规律。结合纳米流体热物性测量结果与喷嘴到紫铜棒顶面的静电场仿真结果,较为深入的分析了各因素对临界热流密度与换热系数的影响,揭示了微量水基纳米流体瞬、稳态换热机理,指出其瞬、稳态换热性能与纳米流体沉积有关,即瞬态换热试验中,喷射时间短,纳米颗粒在沸腾表面沉积形成多孔垢层使气泡数量增加、生成半径减小、脱离速度加大,从而强化了临界热流密度;稳态换热试验中,喷射时间长,纳米颗粒在换热表面形成厚而致密的垢层,换热阻力增大,从而弱化了换热系数。
【关键词】：静电雾化冷却 水基纳米流体 评价装置 临界热流密度 换热系数
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG506.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 喷雾冷却性能的研究现状13-15
• 1.3 水基纳米流体研究现状15-17
• 1.3.1 纳米流体制备与稳定性15-16
• 1.3.2 纳米流体换热特性现状16-17
• 1.4 静电雾化技术的研究现状17-18
• 1.5 本文研究内容18-20
• 第2章 水基纳米流体分散稳定性20-34
• 2.1 纳米流体分散稳定机理20-22
• 2.2 试验方案22-24
• 2.2.1 水基纳米流体的制备22-23
• 2.2.2 纳米流体分散稳定性表征方法23-24
• 2.3 试验结果与分析24-33
• 2.3.1 石墨水基纳米流体的悬浮稳定性24-27
• 2.3.2 二硫化钼水基纳米流体的悬浮稳定性27-30
• 2.3.3 多壁碳纳米管水基纳米流体的分散稳定性30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 静电雾化冷却能力评价装置与方法34-44
• 3.1 评价装置34-38
• 3.1.1 静电雾化冷却系统35-36
• 3.1.2 加热系统36-37
• 3.1.3 温度信号采集系统37-38
• 3.2 瞬态换热试验38-41
• 3.2.1 试验方法与步骤38-39
• 3.2.2 临界热流密度的确定39-41
• 3.3 稳态换热试验41-43
• 3.3.1 试验方法与步骤42
• 3.3.2 换热系数的确定42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 微量水基纳米流体静电雾化强化冷却性能44-64
• 4.1 沸腾换热与喷雾冷却机理44-45
• 4.2 试验方案45-47
• 4.3 纳米流体热物性表征47-50
• 4.3.1 测试方法47-48
• 4.3.2 测量结果与分析48-50
• 4.4 静电雾化冷却的静电场分析50-54
• 4.4.1 几何模型50-51
• 4.4.2 材料属性与激励源51
• 4.4.3 网格划分与仿真条件51-52
• 4.4.4 仿真结果分析52-54
• 4.5 瞬态换热试验结果分析54-57
• 4.5.1 电极电压对临界热流密度的影响56
• 4.5.2 电极间距对临界热流密度的影响56-57
• 4.5.3 纳米流体流量对临界热流密度的影响57
• 4.5.4 多壁碳纳米管纳米流体体积分数对临界热流密度的影响57
• 4.6 稳态换热试验结果分析57-62
• 4.6.1 喷嘴角度对换热系数影响58-59
• 4.6.2 电极电压对换热系数的影响59-60
• 4.6.3 电极间距对换热系数的影响60
• 4.6.4 纳米流体流量对换热系数的影响60-61
• 4.6.5 多壁碳纳米管纳米流体体积分数对换热系数的影响61-62
• 4.7 本章小结62-64
• 总结与展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间所发表的学术成果及参与的科研项目70-72
• 致谢72

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本文编号：621765