紫铜管—水纳米流体重力热管传热性能研究

紫铜管—水纳米流体重力热管传热性能研究

随着科学的迅速发展和技术的不断进步，设备逐渐小型化而热负荷大大增加，对强化传热技术的要求越来越高，传统的通过扩展表面等方法强化传热已很难满足一些特殊条件下的传热和冷却要求。大量实验表明：将纳米级固体颗粒加入到传统液体工质形成的新型传热工质一纳米流体能明显改善传统液体工质的传热性能。在这样的背景下，本文对碳纳米管一水纳米流体的导热性能及在重力热管中的传热性能做了较详细研究。 首先，本文采用混酸法和阿拉伯法两种方法制备了碳纳米管—水纳米流体。对这两种方法制得的纳米流体的稳定性进行了测试，这两种碳纳米管—水纳米流体在中性条件下有很好的稳定性，试管中静置4个月没有明显沉淀。混酸法碳纳米管—水纳米流体的稳定性稍好于阿拉伯胶法碳纳米管—水纳米立体的稳定性。粘度测试结果表明：混酸法碳纳米管—水纳米流体粘度与水接近，阿拉伯胶法碳纳米管—水纳米流体粘度约为水的二倍。 然后，采用瞬态双热线法对两种方法制得的纳米流体的导热系数进行了测定。结果表明两种方法制得的碳纳米管—水纳米流体导热系数大于基液水的导热系数。体积浓度3％的阿拉伯胶法碳纳米管—纳米流体的导热系数比水增加12.7％。体积浓度3％混酸法碳纳米管—水纳米流体的导热系数比水增加7.1％。碳纳米管—水纳米流体导热系数随浓度的增加而增加，随温度的升高而增加。同温度下，同浓度的阿拉伯胶法碳纳米管—水纳米流体的导热系数大于混酸法碳纳米管—水纳米流体的导热系数。 最后，本文制作了以碳纳米管—水纳米流体为工质的紫铜热管，搭建了以水为冷却手段的两相闭式热管实验台。对以碳纳米管—水纳米流体为工质的热管进行了传热性能测试。结果表明，纳米流体稳定性对热管传热性能影响较小，当热管传输功率大于300w时，稳定性更好的％的混酸法碳纳米管—水纳米流体热管热阻比同浓度的PH=2的混酸法碳纳米管—水纳米流体热管热阻稍低。纳米流体的制备方法影响碳纳米管—水纳米流体为工质的热管热阻，热管传输功率在100W-500W范围内阿拉伯胶法碳纳米管—水纳米流体热管热阻低于混酸法碳纳米管—水纳米流体热管热阻。传输功率在100W-700W时混酸法纳米流体热管热阻稍大于水热管热阻，阿拉伯胶法纳米流体热管热阻比水热管热阻小。 另外，本文对纳米流体在传热领域的研究进展做了总结，对纳米流体的稳定机理、强化导热机理、碳纳米管—水纳米流体在热管中的传热机理做了理论探讨。 本文的研究工作受到了浙江省自然科学基金(Y105010)的资助。