石墨烯纳米粒子冷却液在汽车散热器中的传热性能研究

发布时间：2020-07-05 08:09

【摘要】：在当今社会能源高效利用一直是时代发展不可回避的重要议题。新兴的纳米技术和石墨烯工业的发展为新型冷却液的制备和发展提供了有力支撑。相比传统的冷却液,石墨烯纳米粒子冷却液具有更好的传热性能。这种新型冷却液为改善发动机冷却性能提供了新的途径。本文通过实验和模拟方法研究了石墨烯纳米粒子溶液在发动机散热器中的传热性能。首先,以50%乙二醇水溶液为基液,采用两步法配制出四种不同质量分数(0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%)的石墨烯纳米粒子冷却液。然后,设计并搭建由风机、发动机散热器、加热循环装置、温度压力传感器、流量计等组成的试验台架,在该台架上试验并测量散热器不同入口温度、流速、粒子质量分数、风量等条件下出口温度和压力以及散热器的壁温。最后,应用三维流体仿真软件模拟散热器的出口温度和进出口压降,验证了实验的合理性和准确性。主要的结论如下:(1)增大石墨烯纳米粒子冷却液流速能够强化传热。在入口温度85℃条件下,0.1wt%纳米粒子溶液在流量1.2m3/h时的传热系数比0.6m3/h时提升了 14.3%。(2)增加石墨烯纳米粒子冷却液入口温度能够强化传热。在流量1.2m3/h条件下,0.1 wt%的纳米粒子溶液在85℃和75℃时的传热系数相对基液分别提高了 24%和13%。(3)增加石墨烯纳米粒子质量分数能够提高溶液的传热系数。在入口温度80℃条件下,0.1wt%的纳米粒子溶液在1.2m3/h时传热系数相比基液增加了 17%。而0.4wt%的纳米粒子溶液相比于0.1wt%的纳米粒子溶液,传热系数仅增加了 15%。(4)启动风机能够驱使散热器附近的空气进行强迫对流,增加传热量,从而增加冷却液的传热系数。在入口温度85℃、流量1.2m3/h条件下,0.1wt%的纳米粒子溶液的传热系数在风机转速1200r/min时相对无风提高了40.8%。(5)添加石墨烯纳米粒子导致冷却液的粘度增加,进而增加冷却液的流动阻力,减弱冷却液的传热强度。而实验数据表明添加石墨烯纳米粒子能够显著提升冷却液的传热系数。这说明添加石墨稀纳米粒子对增加冷却液传热系数所带来的正面影响远大于负面影响。
【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
【图文】：

照片,三维构造,石墨,照片

广西大学石墨烯小试基地提供了本实验所用的三维石墨烯，产品主要成分由碳纳米逡逑管和三维石墨烯构成，成分较为纯净。该公司的石墨烯产品性能如表２－１所示，该石墨逡逑烯的三维构造在扫描电子显微镜（ＳＥＭ）下的照片如图２．１所示，通过显微镜图片我们逡逑可以看到这种三维石墨烯有较为独特的团簇蜂窝状结构。相较二维石墨烯规律的分子排逡逑列，这种三维石墨烯的结构稍显复杂。逡逑表２－１三维石墨烯纳米颗粒的特性逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ逡逑项目逦ｍ．逦逡逑成分逦５０％三维石墨烯、５０％碳纳米管逡逑面密度（ｍｇ／ｍ２）逦０．７７逡逑状态逦粉末逡逑１２逡逑

示意图,温度采集,数据采集卡

成数字信号输入到电脑中显示出来，利用ＮＩ－９２１４模块与热电偶连接来懫集实时温度，逡逑是一个集成化、智能化的测量系统。整个测量过程都通过电脑中编辑好的ＬａｂＶＩＥＷ程序逡逑控制，进行温度实时采集以及数据保存工作。工作示意图如图２－４所示。逡逑数字信号模拟信号逦［逦＾逦】逡逑？Ｌ＝＝＝５＝＾Ｊ｜逦＜逦邋＜逦逡逑数据采集卡逦散热器逡逑图２．４温度采集装置示意图逡逑Ｆｉｇ邋２．４邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｒｅｃｏｒｄ邋ｄｅｖｉｃｅｓ逡逑数据采集系统的硬件部分包括ｃＤＡＱ－９１８８数据采集卡和ＮＩ－９２１４模块以及热电偶，逡逑具体形式如图２．５所示。ｃＤＡＱ－９１８８数据采集卡还可以与其他模块组合使用测量温度、逡逑压力、速度、电压、电流等多种参数，需要不同的模块和相应的探头组合使用就可以实逡逑现，本实验只用其测量进出口和壁面的温度。ＮＩ－９２１４模块是用于测量温度的采集模块，逡逑１６－0１、２４七＿｜１热电偶信号输入，使用环境温度一１００。０＜１；＜４００。（：，温度过高或过低逡逑１６逡逑

【参考文献】