纳米复合相变材料融化传热特性的格子Boltzmann方法研究

基于双分布函数模型方法,建立了一个模拟伴随有液相自然对流的纳米复合相变材料融化传热过程的格子Boltzmann方程模型.其中温度分布函数方程的构建采用直接基于焓方程的方法 ,避免传统方法需要迭代处理源项,提高了计算效率.应用该模型对方腔内纳米流体自然对流传热过程进行模拟,模拟结果与文献结果吻合较好;在此基础上对纳米复合相变材料融化过程进行模拟.结果表明,有效黏度系数的变化对纳米复合相变材料融化传热有着至关重要的影响,偏高的黏度系数可能会抑制纳米流体相变换热过程.此外,在给定的纳米粒子体积份额情况下,区域相变材料融化传热性能随Rayleigh数的增大而增强.     

碳纳米管为填充物的纳米流体的有效热导率

通过考虑几何各向异性和界面效应,应用我们推广的微分有效媒质理论去研究纳米流体的热导率增强。重点研究了纳米颗粒的纵横比和界面热阻在对体系有效热导率增强的影响。通过和实验数据比较,推广的有效媒质理论可以委好的解释多壁碳纳米管/油米流体的确良异常增强,而且还成功的解释了在低体积分数下随体积分数增加而出现的非线性行为。     

纳米流体在圆管中输运的两相流理论模型及黏度计算

基于Fokker-Planck方程与流体动量方程,建立了压力驱动纳米流体在园管中输运的两相流藕合理论模型,模型考虑了纳米粒子的相互碰撞效应、布朗运动效应以及纳米粒子与液体的相互耦合作用,本文所建立的模型没有引入任何唯象参数,与以往的唯象模型相比较,理论上更完备,采用该模型对纳米流体的黏度随温度、纳米粒子体积分数以及粒子尺度的变化规律进行了预测,结果表明,在高粒子体积分数下,纳米流体剖面速度分布呈＂柱塞＂状,这与单相流体剖面速度呈抛物线分布有明显的差异,该模型预测的黏度在较大范围内均与实验结果很好的吻合.     

纳米茉香精流变性能研究

采用ARG2 Rheometer型流变仪考察了温度对聚氰基丙烯酸正丁酯(PBCA)纳米大花茉莉香精体系流变性能的影响.主要对其进行了5～50℃的温度循环扫描,并对5℃、25℃和50℃三个温度下的纳米香精体系的流变性能进行了研究.结果发现:纳米香精的黏度曲线在温度循环扫描中基本重合,黏度与温度呈反比关系.不同温度下的纳米香精体系呈现了不同的黏弹性特征,5℃下主要呈黏性特征,25℃下则以弹性特征为主,50℃下体系由黏性特征逐渐转变为以弹性特征为主.该纳米香精符合Herschel-Bulkley流体模型,纳米香精体系经测定属于剪切变稀的假塑性流体,其表观黏度在低剪切速率时较高,随着剪切速率的增大急剧下降,在剪切速率大于1S-1纳米香精的黏度逐渐趋向平缓.     

双组分纳米流体导热系数研究

采用共混法在氨水中制备了稳定的碳纳米管颗粒悬浮液(双组分纳米流体),并利用瞬态热丝法测量了不同条件下的双组分纳米流体的导热系数,系统研究了颗粒质量分数、氨水质量分数、温度等因素对双组分纳米流体导热系数的影响.实验结果表明,碳纳米管的加入极大地提高了基础液体-氨水的导热系数.在此基础上,结合已有文献中关于纳米流体导热系数的计算模型对双组分纳米流体的导热系数进行了模拟计算,并对模拟数据和实验数据进行了对比.结果发现,通过对模型参数的调整,微对流模型可以准确计算双组分纳米流体的导热系数.     

方腔蓄热模型优化及蓄热过程数值模拟研究

为研究方腔式蓄热单元内有机相变材料融化过程的传热规律，数值模拟了不同体积分数石墨烯纳米片填充下复合相变材料融化过程的液相分数和努塞尔数的变化；针对方腔蓄热单元热量在顶端聚集的问题，构建了分层模型，模拟了不同模型中复合相变材料的融化过程。结果表明：当石墨烯纳米片体积分数分别为1%、3%和5%时，复合相变材料完全融化时间分别为32.1、20.0、17.5 min,与纯质石蜡相比，融化时间分别缩短了70.47%、81.62%和83.92%;方腔上下等分时，融化时间相比于未分层时缩短11.88%;将方腔上下部分别填充体积分数1%与5%的复合相变材料，相比于未分为层时，整体填充3%的复合相变模型融化时间缩短了25.83%。由模拟结果可得，在石蜡中添加石墨烯纳米片可以使其导热性能有很大程度的提高，同时黏度增长程度较小，对自然对流产生的影响也比较小。综合考虑可以发现，在石蜡中添加石墨烯纳米片可以强化其传热性能；分层模型可以缩短相变材料融化时间，合适的填充方案能够进一步加快矩形方腔的融化过程。     

羟基化碳纳米管/聚己内酯复合材料的结构和力学性能!

将羟基化多壁碳纳米管在超声波作用下均匀分散于己内酯单体中,通过原位微波辅助开环聚合的方法制备了聚己内酯/羟基化多壁碳纳米管复合材料.羟基化多壁碳纳米管的引入明显提高了聚己内酯材料的强度和模量,但是断裂伸长率却随着羟基化多壁碳纳米管含量的增加而持续降低.羟基化多壁碳纳米管的质量分数为0.5%时,纳米复合材料的拉伸强度和杨氏模量可提高至纯聚己内酯材料的2倍.利用扫描电镜、X线衍射、红外光谱和示差扫描量热分析揭示了纳米复合材料断裂形貌、结晶情况和热性质,进而探讨了羟基化多壁碳纳米管对提高力学性能的作用机制.     

多壁碳纳米管对水冻结过冷度影响的试验研究

无机相变材料在冻结相变过程中普遍存在着过冷现象,限制其应用和发展.针对水过冷问题,试验研究多壁碳纳米管对水冻结相变过冷度的影响,试验给出了纯水和多壁碳纳米管/水系统在水冻结过程中的温度变化特征,重点分析多壁碳纳米管的添加比对水冻结过冷度的影响.试验结果表明,多壁碳纳米管的加入可显著地降低水体冻结过冷度,并且随着添加比例的增加,水体冻结的过冷度将获得进一步的降低,有效地缩短了水冻结相变时间.     

纳米流体微通道热沉的性能强化

基于对纳米流体热导率及黏度公式的筛选,本文发展了纳米流体微通道热沉的三维流固耦合模型,分析了热沉结构、纳米颗粒种类、粒径、体积分数及基液种类等关键参数对热沉性能的影响.结果表明:(1)纳米颗粒随机运动引起的附加热耗散强化了纳米流体的对流换热,显著提高了热沉的冷却性能;(2)纳米流体的强化作用依赖于热沉结构,且依赖关系不同于纯流体,需对纳米流体作为冷却剂的热沉结构进行优化;(3)颗粒体积分数增加,热沉热阻降低,但压降升高,综合考虑热阻和压降,最佳的冷却剂为0.5%体积分数的水基Al2O3纳米流体,相对于纯水,其使热阻降低了10.1%,压降仅增加0.38%;(4)颗粒粒径对热阻影响较小,考虑纳米流体稳定性,推荐使用小粒径的纳米颗粒;(5)Al2O3纳米颗粒优于TiO2,CuO最差,最优的基液为水,依次为乙二醇和机油.     

低压下碳纳米管悬浮液的池内沸腾换热特性实验研究

以水一多壁碳纳米管(MWNT)组成的纳米悬浮液为工质,在不同运行压力和不同悬浮液质量分数下对平板上碳纳米悬浮液的池内沸腾换热特性以及临界热流密度(CHF)进行了实验研究.结果表明:压力对沸腾换热系数和CHF有强烈影响,沸腾换热系数强化效率和CHF强化效率随压力降低而大幅度增加;碳纳米管悬浮液质量分数对沸腾换热系数和CHF也有重要影响,存在着一个最佳质量分数对应最大换热系数强化效率,该最佳质量分数为2.0%.研究证明,以水-多壁碳纳米管组成的纳米悬浮液可以明显地强化低压条件下池内沸腾换热特性.     

相变材料对砂浆热效应的影响

研究了相变材料状态、掺量对砂浆热效应的影响；系统研究了有机相变材料（某多元醇）嵌入到导热系数较高的二氧化硅纳米层空间内，制备有机-无机纳米复合相变蓄热材料的工艺条件及其效果．结果表明：相变材料直接掺人砂浆中掺量达1％～3％（占砂浆胶凝材料质量分数），具有明显的蓄热降温效应，但在50℃环境下耐久性明显下降；复合相变材料较纯相变材料相变潜热提高1．66倍，50℃环境下耐久性明显提高．     

TiO2-MDEA-H2O纳米流体热物理性质测量

为了强化N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液对CO2的吸收,通过将纳米TiO2颗粒分散至质量分数50％的MDEA水溶液中,制备了TiO2-MDEA-H2O纳米流体.通过采用测定纳米流体的吸光度方法对纳米流体的分散稳定性进行研究.结果表明:经过机械分散,在不添加任何分散剂的情况下,纳米流体放置48 h无明显团聚现象.测量了纳米TiO2颗粒质量分数分别为0.05％,0.20％,0.40％和0.80％时纳米流体的热物理性质.结果表明:随着纳米TiO2颗粒质量分数的增加,纳米流体的表面张力、运动黏度和导热系数都增加了.纳米流体的表面张力最大增大了约0.6％,运动黏度最大增大了约4.6％,导热系数最大增加了约5.9％.     

波壁管内Cu-醇基纳米流体的强化换热研究

随着科技的进步,热交换设备的热负荷与传热强度不断增大,传统的醇类冷却剂不足以满足换热设备的冷却要求,通过向传统醇类冷却剂中加入Cu纳米粒子从而形成Cu-醇基纳米流体。对Cu-乙醇、Cu-乙二醇、Cu-丙二醇三种Cu-醇基纳米流体在波壁管中的换热特性进行数值模拟研究,同时采用分子动力学计算了Cu-醇基纳米流体的导热系数,分析了雷诺数Re与纳米颗粒体积分数φ对纳米流体的换热特性的影响。结果表明,在相同条件下,纳米流体的导热系数比基液大,且随着φ的增加而增大,通过比较这三种Cu-醇基纳米流体的导热系数,发现Cu-丙二醇纳米流体的导热系数的增幅最大;同时发现纳米流体的对流换热系数与基液相比有所提高,且随着φ的增加而增大;Cu-醇基纳米流体在强化传热的同时也会产生更大的阻力损失,且该损失随着φ的增大而增大;用性能评价因子PEC对波壁管内流体的对流换热系数与摩擦阻力系数进行综合分析。发现在三种Cu-醇基纳米流体中,Cu-丙二醇纳米流体具有最好的综合换热性能。     

纳米流体强化换热特性的LBM模拟

采用LBM模拟了封闭方腔内不同体积分数、不同浮升力参数下纳米流体自然对流时速度场与温度场的分布,得出了纳米流体换热强度随各参数的变化情况.结果表明,当Ra较小时换热表现为导热占主导,随着Ra增大,换热表现为对流占主导,两者的换热都会随着纳米颗粒体积分数的增加而增强,且纳米颗粒体积分数在壁面附近对温度分布的影响比在中心区域的明显;在不同Ra下,纳米粒子体积分数增加所引起的X和Y方向速度峰值增大的幅度不同,Ra较大时,随纳米粒子体积分数的增加,X和Y方向的速度峰值大幅增加.     

石蜡相变混凝土的制备及热工性能研究

为了研究添加石蜡相变微胶囊对混凝土热工性能的影响,在混凝土中采用相变温度为28℃的石蜡相变微胶囊等体积替换砂,制备石蜡相变混凝土,并对其进行导热系数、比热容性能试验.试验结果表明：掺有石蜡相变微胶囊的混凝土导热系数低于普通硅酸盐混凝土.当石蜡相变微胶囊掺量(体积分数)为10%时,导热系数为6.11 k J·m^-1·h^-1·℃^-1,是普通混凝土导热系数的89.1%.当石蜡相变微胶囊相变材料温度为14℃(低于相变温度)时,其加入对混凝土比热容影响不大;当石蜡相变微胶囊相变材料温度为32℃(高于相变温度),且其掺量(体积分数)为10%时,石蜡相变混凝土比热容为1.42 k J·kg^-1·℃^-1,比普通混凝土的提高了18.3%.     

不同溶剂及配比对碳纳米管辅助薄层色谱拆分盐酸普萘洛尔的影响

 以羟丙基-β-环糊精、甲基-β-环糊精为手性固定相,氧化多壁碳纳米管为拆分辅助吸附添加剂,采用薄层色谱法拆分了盐酸普萘洛尔对映体。优化得到了最佳展开剂条件,并对展开剂中是否添加冰醋酸进行了比较。当以羟丙基-β-环糊精/氧化多壁碳纳米管为固定相制备薄层色谱板,用于拆分盐酸普萘洛尔时,最佳的展开剂条件为：乙腈/异丁醇（体积比为9:1）混合溶剂中添加体积分数为2%的冰醋酸。当以甲基-β-环糊精/氧化多壁碳纳米管为固定相制备薄层色谱板,用于拆分盐酸普萘洛尔时,最佳的展开剂条件为：乙腈/正丁醇（体积比为1：1）混合溶剂中添加体积分数为2%的冰醋酸。     

SiO_2-水纳米流体稳定性及导热性能

采用两步法制备体积分数为0.1%~0.5%的S iO2-水纳米流体,并利用zeta电位、吸光度和粒度分析表征其悬浮稳定性,研究发现超声振动5 h其悬浮稳定性最佳。采用瞬态热线法测量纳米流体的导热系数,结果表明:纳米流体导热系数的变化与纳米颗粒体积分数和温度的变化成正比,其中25℃时体积分数为0.3%的S iO2-水纳米流体相对于水的导热系数提高11.5%,而在50℃时则提高46.5%。建立纳米流体导热系数模型,与其他模型比较发现,本理论模型更接近于实验值。     

物性参数对纳米流体强化换热的影响

对铜-氩纳米流体在矩形槽通道内流动和换热情况进行了数值模拟,对基础流体和不同体积分数的纳米流体在不同Re下的换热情况进行研究,分析了纳米流体热物性的改变对强化换热的影响.研究表明:相对于基础流体而言纳米流体由于具有较好的导热性能而强化换热,并且纳米流体体积分数越大,其导热性能越好,从而换热能力也越大.对于相同体积分数的纳米流体,其换热系数提高的程度与流体的速度有关系,流速越小,换热系数提高得越大,而随着流速的逐渐增大换热系数提高的程度逐渐下降.     

正辛酸-月桂酸纳米复合相变材料的蓄冷特性

针对有机相变材料导热性能差的缺点,以质量比为81∶19的正辛酸(OA)-月桂酸(LA)二元有机相变蓄冷材料为基液,分别添加不同浓度高热导率的羟基化多壁碳纳米管(MWCNT-OH)、Fe_2O_3、Al_2O_3、Cu以及分散剂SDBS,采用超声波振荡法制备纳米复合相变材料体系,从纳米粒子的种类和浓度来研究其对OA-LA蓄冷性能的影响.实验发现,随着纳米粒子质量浓度的增加,热导率先增大,而后逐渐趋于稳定.加入纳米粒子的复合材料最佳热导率大小依次为:0.1,g/LMWCNT-OH0.4,g/LFe2,O30.3,g/LAl_2O_30.3,g/LCu.OA+LA+0.1,g/L,MWCNTOH+0.2,g/L,SDBS表现出最佳蓄冷特性,其热导率提高了21.9%,,相变温度没有变化,相变潜热增加了2.9%,,相变蓄冷时间缩短了16.7%,,经过200次冻融循环测试后,仍保持适宜的相变温度和较高的相变潜热.因此,在果蔬冷链物流保鲜中有良好的应用前景.     

混合基纳米流体在汽车散热器中的稳定性及传热特性

摘 要 使用SiO2和MWCNT纳米颗粒,在80%：20%的水/乙二醇基液中制备纳米流体,分别研究超声波振荡时间、分散剂对纳米流体稳定性的影响,结果表明：最佳振荡时间为1 h;十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）的最佳添加量为质量分数0.05%,十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的最佳添加量为0.1%;在最佳添加量下,CTAC的分散效果优于SDBS;在同一分散剂下,MWCNT-水/乙二醇混合基纳米流体的稳定性优于SiO2-水/乙二醇混合基纳米流体。研究不同浓度的纳米流体在不同流速、温度下的传热特性进行分析。结果表明,与基液相比,纳米流体的传热速率有了明显的提高;与纳米流体的传热速率增加相比,纳米流体浓度对压降和有效泵功的不利影响可以忽略不计。