丙二醇纳米流体在汽车散热器中的传热性能研究

发布时间：2020-05-20 10:49

【摘要】：冷却液作为冷却系统不可缺少的散热介质,有30%燃烧室产生的热量借助其散发,故冷却液的传热性能至关重要。目前,以乙二醇作为基液的传统冷却液,存在性能不稳定、传热差、使用寿命短等问题,还会对生态环境造成破坏。研究人员将纳米粒子添加到冷却液中,明显增强了流体的散热能力,可提高发动机的冷却速率和运行速度,减少能源消耗。丙二醇纳米流体具有高沸点、低凝点、环保抗蚀、低挥发性等优点,应用前景十分广阔。本文在确定纳米流体传热性能主要影响因素的基础上,通过试验研究和仿真分析纳米流体在汽车散热器中的传热特性,得到了物理因素(粒子体积分数、粒子种类、粒径)和工作因素(温度、流速)对流体传热性能的影响规律;建立纳米粒子的运动方程和能量方程,分析粒子运动造成的能量转移,探明了粒子运动对传热性能的影响机理。主要研究内容如下:1、设计研究方案,采用两步法和超声波震荡制备得到相对稳定的纳米流体,依照经验公式计算流体的热物性参数,根据试验原理搭建汽车散热器冷却性能测试台。2、根据研究方案进行纳米流体的传热性能试验,测得散热器的进出口温度和壁温,结合数值计算得到表征流体传热性能的参数,分析各参数的变化规律,探明物理因素与工作因素对纳米流体传热性能的影响机理。3、建立散热器扁平管的三维网格模型,对纳米流体在扁平管中的传热流动特性进行仿真分析,得到系统的沿程温度分布和压力云图,分析不考虑粒子运动时流体传热系数的变化规律。4、建立粒子的运动方程,得到粒子的平均运动速度,建立能量方程,分析粒子碰撞造成的能量损失,探明粒子运动对传热性能的影响机理;对比试验结果与仿真结果,验证影响机理的正确性。本文研究了纳米流体在汽车散热器中的传热性能,较为全面地分析了各因素对传热性能的影响规律,为纳米流体的实际应用提供了理论依据。
【图文】：

示意图,分散剂,原理,示意图

发现分散剂十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）适用于前三种纳米流体，而聚乙二醇（ＰＥＧ邋）逡逑则适用于Ａｈ０３－ＤＷ。徐小娇等人［６５］得出了分散剂的作用原理：（１）分散剂吸附在粒子逡逑表面，增加了粒子间距，减小了范德华力和引力势能，有利于分散，如图２－ｌ（ａ）；逦（２）逡逑使粒子表面形成双分子层结构，粒子间因静电斥力而远离，如图２－ｌ（ｂ）；邋（３）电垒作用，逡逑使极性基团带电，使之有较厚的双电层，如图２－ｌ（ｃ）。逡逑（ａ）逦（ｂ）逦（ｃ）逡逑图２－１分散剂的作用原理示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｆｕｎｃｔｉｏｎ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｄｉｓｐｅｒｓａｎｔ逡逑Ｋａｉｌａｓｈ和Ｓａｎｄｅｅｐ［６６Ｍ吏用两步法制备得到了邋ＣｕＯ－水纳米流体，通过探针对纳米流逡逑体进行了邋６０分钟的超声处理，而未使用任何表面活性剂。他们在２７°Ｃ下测量了流体中逡逑纳米颗粒的沉降速度和布朗速度，测量结果显示二者的平均值分别为１．０９９ｘｌ０？ｍ／ｓ和逡逑９．９３ｘｌ（＾ｍ／Ｓ，即布朗速度远大于纳米颗粒的沉降速度，表明制备的纳米流体具有良好逡逑的稳定性。Ｋａｉｌａｓｈ得出结论：通过超声波振荡便可实现纳米流体的稳定性，而不需要逡逑进行化学处理。逡逑２．３．２制备过程逡逑本文使用ＺｎＯ和Ａｂ0３粒子制备纳米流体

纳米粒子,图片,粒子形状,热物性

逦３０逦１０逡逑图２－２所示为三种纳米粒子在扫描电镜下的ＳＥＭ图片，，由图可知，三种纳米粒子逡逑均为球形，由此可以忽略粒子形状对流体热物性的影响。逡逑ｔ邋ｉ逡逑（ａ）邋ＺｎＯ；逦（ｂ）邋ａ－Ａｈ0３；逡逑ｍｇｍ逡逑（ｃ）邋ｙ－Ａｌ２0３；逡逑图２－２三种纳米粒子的ＳＥＭ图片逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.138.2

【参考文献】