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纳米流体管内流动的悬浮稳定性研究

作　者: 姜强
导　师: 杨俊红
学　校: 天津大学
专　业: 工程热物理
关键词: TiO2-水 纳米流体 动态稳定性 直管 弯管
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


纳米流体作为一种强化换热工质具有独特的传热特性,可显著提高基流体的导热系数,增强热交换系统的传热性能。一部分学者在研究纳米流体的传热性能时,得出了很多出乎意料的结果,比如纳米流体对比基液换热恶化,分析可能是动态情况下的稳定性发生了变化,却没有进一步探讨。所以本文在现有的实验条件下,选用TiO2-水纳米流体为研究对象,采用离心-沉淀-干燥-称重的方法,用离心沉淀质量来表征纳米流体的稳定性,研究纳米流体直管、加弯管段（弯管）内流动的动态稳定性。主要研究内容与结果如下:（1）采用“两步法”制备质量浓度为0.5%的TiO2-水纳米流体,超声振动2小时能取得最佳的分散效果。用透射电镜（TEM）对纳米流体的形貌特征进行观察,发现制备的纳米流体分散性好,没有明显的团聚现象,纳米粒子细小均匀,近似长条型。用激光粒度分析仪对纳米流体进行测试,测得纳米流体的平均粒径为0.32μm。（2）纳米流体无论在直管还是弯管内流动,其动态稳定性均优于静态稳定性。（3）在层流范围的低雷诺数（Re∈0～500）内,纳米流体直管内流动的动态稳定性随时间先急剧下降,后下降缓慢;在层流范围的高雷诺数（Re∈1000～2300）内,纳米流体的动态稳定性随时间有微小变化。而在层流范围（Re∈500～2000）内,纳米流体弯管内流动的动态稳定性随时间而下降,且比直管差。说明纳米流体的动态稳定性与时间有关。（4）在层流范围（Re∈0～2300）内,纳米流体直管内流动的动态稳定性随Re的增大而变得更好。而在层流范围（Re∈500～2000）内,纳米流体弯管内流动在Re为1500时动态稳定性最好。说明Re影响了纳米流体的动态稳定性。（5）由于纳米流体动态稳定性的变化,在层流范围（Re∈400～2300）内,8小时纳米流体直管内的传热性能下降了0.4%～7.5%;在层流范围（Re∈500～2000）内,8小时纳米流体弯管内的传热性能下降了3.2%～8.8%。本文主要探讨了纳米流体在直管与弯管内流动动态稳定性的变化规律,分析时间与Re是影响纳米流体动态稳定性的两个主要因素及动态稳定性又是传热性能的主要影响因素之一,从而为如何在动态情况下获得稳定性好的纳米流体提供了实验依据,同时对纳米流体进一步应用于科学研究与工程实际应用中并表现出优越的换热性能具有一定的指导作用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
  1.3 本论文的研究内容  18-20
第二章 纳米流体悬浮稳定性实验系统、设备与方法  20-29
  2.1 纳米流体直管内动态悬浮稳定性实验系统  20
  2.2 实验系统各部分简介  20-24
  2.3 实验过程与方法  24-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 纳米流体的制备及蠕动泵流量的标定  29-36
  3.1 两步法制备纳米流体  29-31
  3.2 TiO_2-水纳米流体与纯水随转速变化的体积流量测定  31-33
  3.3 测量刚制备好的TiO_2—水纳米流体离心沉淀质量  33-34
  3.4 超声振动时间对纳米流体稳定性的影响  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章 纳米流体的静态稳定性与直管内层流的动态稳定性研究  36-47
  4.1 纳米流体的静态稳定性研究  36-37
  4.2 纳米流体管内动态流动Re的计算  37-39
  4.3 纳米流体直管内层流的动态稳定性研究  39-45
  4.4 纳米流体的粒度分布曲线  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章 纳米流体弯管内层流的动态稳定性研究  47-61
  5.1 U型弯管在出口侧  48-51
  5.2 U型弯管在进口侧  51-54
  5.3 弯管与直管对比  54-55
  5.4 U型弯管内颗粒受力分析  55-58
  5.5 纳米流体的透射电镜（TEM）观察  58-59
  5.6 本章小结  59-61
第六章 纳米流体的动态稳定性对传热性能的影响  61-66
  6.1 纳米流体直管内传热性能的变化  62-64
  6.2 纳米流体弯管内传热性能的变化  64-65
  6.3 本章小结  65-66
第七章 结论与建议  66-68
  7.1 结论  66-67
  7.2 建议  67-68
参考文献  68-72
发表论文和科研情况说明  72-73
致谢  73

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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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