热管内去离子水--Fe3O4纳米流体传热特性研究

摘要

纳米流体是将纳米金属、非金属或金属氧化物颗粒以一定方式和比例添加到纯液体中制备的一种新型稳定悬浮液。纳米流体中的主要作用力是范德瓦耳斯力、布朗力以及静电力，使得纳米粒子之间做无规则运动，这种不规则运动就增加了流体内部的扰动，从而提高了流体导热和对流换热，所以将纳米流体应用在重力热管中，可在对热管加工过程影响最小的情况下，显著降低热管热阻，强化热管内部换热特性。 本文设计并搭建了重力热管系统实验台，在不同输入功率Q(30W、35W、40W、50W、60W)、不同充液率FR(35％、40％、50％、60％、70％)、不同纳米颗粒质量浓度(0.2％、0.5％、0.8％、1％、2％)、倾角为90°，风冷系统风速为6m/s工况下，对重力热管外壁温度进行实验测试，对充装去离子水、去离子水-Fe3O4纳米流体重力热管的传热特性分别进行了详细研究分析，指导纳米流体在重力热管的应用，提高其传热效率。 主要研究内容: (1)以去离子水为热管工质，在5种输入功率(30W、35W、40W、50W、60W)和5种不同充液率(35％、40％、50％、60％、70％)下对管外壁温度进行测试，随后根据测试数据研究分析试验装置的可靠性，等温性能以及理论计算去离子水工质热管的等效对流传热系数、传热热阻，研究分析重力热管的传热特性，结果表明去离子水工质重力热管在Q=40W，FR=50％时，等效对流传热系数最高为3190.783W.m-2.K-1，传热热阻低至0.225℃/W，传热性能最佳。 (2)以纳米径粒为10nm，纳米颗粒的质量浓度为0.2％、0.5％、0.8％、1％、2％的去离子水-Fe3O4纳米流体作为工作介质，对纳米流体重力热管进行实验测试，并且理论计算此时热管的等效对流传热系数，传热热阻。 (3)对比和分析在相同工况下，纳米流体和纯去离子水重力热管之间的相似性以及传热特性的差异。研究表明:纳米流体重力热管蒸发段外壁温度比去离子水重力热管外壁温度低，冷凝段外壁温度高，即蒸发段与冷凝段平均温差降低，具有更好的等温性;重力热管充液率50％，输入功率为40W时，两种不同工质热管都存在最高等效对流传热系数，最低热阻，重力热管在该工况传热性能最佳;与去离子水热管相比较，质量浓度从0.2％增加至1％时，纳米流体热管等效对流传热系数持续提升，并在质量浓度为1％时，提升幅度最大，质量浓度增加到2％时，等效对流传热系数提升幅度降低，但其数值依然大于去离子水热管的等效对流传热系数，同时，热阻先减小后增大，但整体热阻都小于去离子水热管热阻，可见，纳米流体应用于重力热管，传热性能得到有效改善，并且质量浓度为1％的纳米流体具有更高的等效对流传热系数，更低的传热热阻，更加适合应用于重力热管。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2重力热管的结构与原理

1．2．1重力热管传热机理

1．2．2重力热管传热极限

1．2．3重力热管中不稳定现象

1．3重力热管国内外研究现状

1．3．1重力热管传热机理的研究

1．3．2重力热管传热特性实验研究

1．3．3重力热管传热特性数值模拟研究

1．4纳米流体技术的研究现状

1．4．1纳米流体的制备方法

1．4．2纳米流体作为热管工质的研究

1．5研究内容及意义

第二章重力热管及实验装置的设计

2．1管壳的选择

2．2重力热管的尺寸和工质的确定

2．3重力热管的加工

2．4实验装置

2．5本章小结

第三章实验过程

3．1实验操作因素的确定

3．1．1输入功率

3．1．2充液率

3．1．3纳米流体工质的制备

3．2实验测试内容及步骤

3．2．1实验测试准备工作

3．2．2实验研究内容

3．2．3操作步骤

3．3热管性能评价指标

3．4本章小结

第四章实验结果分析

4．1重力热管稳态外壁温度分布

4．1．1输入功率对重力热管外壁温度影响

4．1．2充液率对重力热管外壁温度影响

4．1．3纳米颗粒质量浓度对重力热管外壁温度影响

4．2重力热管的等效对流传热系数

4．2．1输入功率对等效对流传热系数的影响

4．2．2充液率对等效对流传热系数的影响

4．3重力热管的热阻

4．3．1输入功率对热阻的影响

4．3．2充液率对热阻的影响

4．4本章小结

总结

展望

参考文献

致谢

附录