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MWNTs纳米流体在水平圆管内侧的换热特性研究

作　者: 张敏
导　师: 王瑞祥
学　校: 北京建筑工程学院
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 多壁碳纳米管 纳米流体 水平圆管 层流对流换热
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


通过以一定方式和比例在液体中添加特定的纳米粉体，例如多壁碳纳米管（Multi-walled Carbon nanotubes，MWNTs）可形成纳米流体，纳米粒子的加入可以起到提高导热系数和强化对流换热的效果。纳米流体虽然具有良好的应用前景，但是纳米流体作为一种新型的换热介质，其制备方法和工艺过程对其热物理性质以及传热过程的作用都有着重要的影响，相关研究工作属纳米流体应用研究的核心内容。本文工作的主要目的是通过实验考察低雷诺数情况下MWNTs水基纳米流体在水平圆管内的对流换热特性，完成的主要工作如下：1、MWNTs水基纳米流体的制备及其稳定性研究。以十六烷基三甲基溴化铵（Hexadecyl Trimethyl Ammonium Bromide, HTAB）作分散剂，制备出MWNTs水基纳米流体并采用沉降观测法和分光光度法对其稳定性进行了研究。2、对MWNTs水基纳米流体的导热系数、粘度等基础物性进行了理论分析。通过Kumar模型和Einstein模型分别对纳米流体的导热系数和粘度进行了计算分析。结果发现，在本实验中纳米流体的导热系数随着纳米粒子的加入有很大程度的提高；而纳米流体的粘度则变化不大。3、通过实验，研究了MWNTs水基纳米流体在水平圆管内的对流换热特性。设计并搭建了纳米流体圆管内对流换热实验的实验测试系统，并对热平衡偏差进行了分析。经过对实验数据的测量和分析，主要得到了如下的结论：a)圆管内流体在低雷诺数条件下的层流受迫对流换热，并非像紊流管内受迫对流换热时，对于自然对流可以忽略；在低雷诺数时，自然对流对受迫对流换热的影响是不可以忽略的。b)在流量不同，加热功率相同的情况下，纳米粒子的浓度对管内受迫流动时的自然对流有削弱作用。c)在加热功率不同，流量相同的情况下，发现管内受迫对流换热中的自然对流的相对比例，随着加热功率的增加而增加。d)运用实验结果对纳米流体在低雷诺数条件下的混合对流换热形式进行了拟合，并给出了符合本实验条件下的拟合方程。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 问题的提出  10-11
  1.2 研究现状  11-16
    1.2.1 制备纳米流体的基础研究  11-13
    1.2.2 纳米粉体对流体传热特性作用的研究  13-16
  1.3 本文研究的主要内容  16-17
第二章 水基 MWNTs 纳米流体制备研究  17-29
  2.1 纳米粉体在水中的分散  17-20
    2.1.1 纳米粉体在水中的分散稳定机理  17-19
    2.1.2 纳米粉体在水中的分散方法  19
    2.1.3 稳定性评价方法  19-20
  2.2 纳米流体的制备  20-23
    2.2.1 纳米粉体的选择  21
    2.2.2 分散剂的选择  21-22
    2.2.3 纳米流体制备  22-23
  2.3 水基 MWNTs 纳米流体分散稳定性的实验评价  23-27
    2.3.1 沉降法  24-25
    2.3.2 分光光度法  25-27
  2.4 小结  27-29
    2.4.1 本章主要工作  27-28
    2.4.2 主要结论  28-29
第三章 水基 MWNTs 纳米流体在管内的换热实验研究  29-44
  3.1 实验目的及方案设计  29
  3.2 实验原理  29-30
  3.3 实验系统  30-36
    3.3.1 实验系统  30-34
    3.3.2 实验步骤  34-35
    3.3.3 实验参数测量  35-36
    3.3.4 实验热平衡偏差  36
  3.4 数据处理  36-43
    3.4.1 对流换热相关无量纲准则  36-37
    3.4.2 管内层流受迫对流换热关系式  37-39
    3.4.3 纳米流体的导热系数  39-42
    3.4.4 纳米流体粘度计算  42-43
  3.5 小结  43-44
    3.5.1 本章主要工作  43
    3.5.2 主要结论  43-44
第四章 实验及结果分析  44-56
  4.1 纳米流体与纯水对流换热效果对比分析  44-47
    4.1.1 纳米流体浓度影响  45-46
    4.1.2 纳米流体速度的影响  46
    4.1.3 加热量的影响  46-47
  4.2 对流换热实验结果分析  47-53
    4.2.1 基液换热实验分析  47-49
    4.2.2 纳米流体换热实验分析  49-53
  4.3 实验方程拟合  53-54
  4.4 结论  54-56
    4.4.1 本章主要工作  54-55
    4.4.2 主要结论  55-56
第五章 结论  56-58
  5.1 结论  56-57
  5.2 展望  57-58
致谢  58-59
攻读学位期间取得的研究成果  59-60
参考文献  60-64

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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