混合颗粒纳米流体相变换热
CuO-ZnO混合纳米流体导热系数影响分析
CuO-ZnO混合纳米流体导热系数影响分析李龙;王江;翟玉玲;王华【摘要】采用\"两步法\"制备了质量分数分别为1.0％,2.0％,3.0％,5.0％的CuO-ZnO混合纳米流体,制备过程中不添加分散剂.混合纳米流体选用乙二醇与去离子水作为基液,二者质量比(φv=EG:DW)分别为20:80,40:60,50:50,60:40和80:20,CuO 与ZnO的质量比为温度范围从25℃到60℃,研究了不同比例基液、温度和质量分数对纳米流体导热系数的影响.结果表明:导热系数随混合纳米流体质量分数和温度的升高而增大.在温度为60℃时,质量分数为5.0％,基液比例φv为20:80的混合纳米流体导热系数增幅最大为26.1％.混合纳米流体的导热系数随乙二醇比例的增加而降低.实验还发现混合纳米流体导热系数与基液比例呈线性关系.【期刊名称】《工业加热》【年(卷),期】2019(048)003【总页数】4页(P38-40,54)【关键词】混合纳米流体;导热系数;CuO-ZnO纳米颗粒;基液比例【作者】李龙;王江;翟玉玲;王华【作者单位】昆明理工大学冶金与能源工程学院省部共建复杂有色金属重点实验室,云南昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院省部共建复杂有色金属重点实验室,云南昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院省部共建复杂有色金属重点实验室,云南昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院省部共建复杂有色金属重点实验室,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TK124在工业生产中，会产生大量余热，对许多机器和仪器有着负面的影响。
因此，对于大多数工业领域来说传热非常重要，例如发电，太阳能集热器，空调和汽车等行业[1-4]。
用于换热器的常见流体是水（W），乙二醇（EG）等，在过去的几十年里，很多学者做了改善传统流体性能的研究。
其中，纳米流体作为一种新型高效的传热工质，使传热速率得以强化。
In-Bi-Sn基Si3N4
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体的流变性和润滑性蒋佳骏1，吴张永1，朱启晨1，蔡昌礼2，朱家军2，王志强1（1 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500；2 云南中宣液态金属科技有限公司，云南 宣威 655400）摘要：现有水基、油基及其他无水合成类液压传动介质存在高温稳定性差、温-黏变化大等问题。
In-Bi-Sn 合金熔点低、流动性好、高温性质稳定，是极端高温液压传动介质的理想基础液。
本文采用两步法制备体积分数为0、5%、10%、20%、30%的In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体。
利用TEM 、SEM+EDS 、热重分析等手段表征样品形貌、分散性和热稳定性，通过高温旋转流变仪和摩擦磨损试验机研究样品的流变性和润滑性，对比分析样品与现有高温液压介质在热稳定性、流变性、润滑性上的性能差异。
结果表明：Si 3N 4嵌于GNFs 片层之间，以团聚体形式分散于In-Bi-Sn 基质，10%样品中的混合纳米颗粒团聚体尺寸小于20%样品；样品黏度随混合纳米颗粒体积分数增加而增大，液态静置时间和相变次数对<30%样品黏度的影响不明显；受纳米颗粒布朗运动影响，分散相体积分数越高，样品的温-黏变化越显著；因剪切改变了纳米颗粒团聚体的粒度，20%样品显示出明显的剪切致稀特征；添加Si 3N 4/GNFs 混合纳米颗粒能够显著改善润滑特性；相较于现有高温液压介质，In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体热稳定性优异、温-黏变化更小、高温润滑性能佳。
关键词：液态金属；纳米粒子；纳米流体；流变性；润滑性；热稳定性中图分类号：TB34；TQ021 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）12-6197-10Rheological properties and lubricity of In-Bi-Sn based Si 3N 4/GNFshybrid nanofluidJIANG Jiajun 1，WU Zhangyong 1，ZHU Qichen 1，CAI Changli 2，ZHU Jiajun 2，WANG Zhiqiang 1(1 Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500,Yunnan, China; 2 Yunnan Zhongxuan Liquid Metal Technology Co., Ltd., Xuanwei 655400, Yunnan, China)Abstract: Existing hydraulic transmission media of water, oil and other anhydrously synthesized materials have problems such as poor stability at high temperature and large temperature-dependent viscosity change. In contrast, In-Bi-Sn alloy has low melting point, good fluidity, and stable high-temperature properties, making it an ideal base fluid for hydraulic transmission media at extreme high temperature. In this work, In-Bi-Sn-based Si 3N 4/GNFs hybrid nano-fluids with volume fractions of 0, 5%, 10%, 20% and 30% were prepared by a two-step method. The morphology, dispersion, and thermal stability of the samples were characterized by TEM, SEM+EDS and TGA. The rheological properties and lubricity of the samples were studied by high-temperature rotary rheometer and friction wear testing machine. The differences in thermal stability, rheology, and lubricity between samples and existing high-temperature hydraulic media were compared. The results showed that Si 3N 4 was embedded in GNFs plates研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0148收稿日期：2023-02-06；修改稿日期：2023-03-27。
纳米流体强化气液传质的研究进展
第20卷 第9期 中 国 水 运 Vol.20 No.9 2020年 9月 China Water Transport September 2020收稿日期：2020-05-03作者简介：陈鹏飞，昆明理工大学 冶金与能源工程学院。
通讯作者：黄晓艳，女，昆明理工大学 冶金与能源工程学院。
纳米流体强化气液传质的研究进展陈鹏飞，卿 山，黄晓艳，刘艺琴（昆明理工大学 冶金与能源工程学院，云南 昆明 650093）摘 要：气液传质广泛存在于气体分离等化工过程中，强化气液传质有助于实现高效率低能耗的生产。
向气液两相体系中加入第三分散相固体颗粒可以显著强化气液传质过程。
纳米流体是指，将纳米级金属或非金属氧化物粒子以一定方式和比例添加至液体工质中而形成的稳定的固、液悬浮液。
加入的纳米颗粒具有良好的换热性能，不仅可以增强基液内的热量传递过程，而且因为颗粒的微扰动也可以显著强化传质过程。
本文主要对纳米流体在强化气液传质的实验、理论研究成果进行了总结归纳，并对目前的纳米流体在气液传质领域中的应用不足之处提出展望。
关键词：纳米流体；强化传质；混合纳米流体中图分类号：TQ021 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）09-0082-02一、引言热量、质量的传递和利用问题广泛存在于各类生产、生活之中，对纳米流体强化传热、传质的深入研究，将在涉及能量与资源利用、蒸发冷凝、脱硫脱碳、吸放热反应等领域形成新的关注点。
不仅对低温余热资源的高效利用和节能环保系统的优化有着重要意义，而且对多相反应系统中的温度不稳定、气液界面吸收速率低等问题的解决也有一定的借鉴意义。
纳米流体是指，以一定的分散方式将纳米级金属或非金属氧化物添加至基液中而形成的稳定的新型换热、传质介质 [1]。
纳米流体因为其纳米颗粒的微扰动对传质有着很大的强化效果[2]，强化传质过程主要是靠对流传质来实现的。
气液传质是指物质在气、液两相间的转移过程，广泛存在于气体分离等化工过程中。
纳米流体冲击射流换热特性实验
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第8期·2334·化工进展纳米流体冲击射流换热特性实验孙斌，曲艺，杨迪（东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林 132012）摘要：以纳米流体为工质对冲击射流冷却系统的综合性能进行实验，主要研究了添加纳米颗粒的纳米流体与水在不同流速、不同射流高度等条件下冲击射流的传热效率，同时也对不同种类的纳米流体的换热效率进行了对比。
结果表明：对于添加了纳米颗粒的冲击射流冷却系统，传热效率得到显著提高，但当质量分数达到0.5%时，传热系数变化不明显。
对于不同种类的纳米流体：Cu-水、Al2O3-水和Al-水纳米流体，其中Cu-水的换热效率最高，存在一个特定的射流高度，使传热系数达到最大值。
研究结果对设计制造轻型紧凑的高效换热器有实用的工程价值。
关键词：纳米粒子；多相流；传热；冲击射流中图分类号：TK 121 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）08–2334–08DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.05Experimental study on heat transfer characteristics of nanofluidsimpacted jetSUN Bin，QU Yi，YANG Di（Energy and Power Engineering Institute，Northeast Dianli University，Jilin 132012，Jilin，China）Abstract：In this paper，comprehensive performance of impinging jet cooling system heat exchanger was experimentally studied using nanofluids. The heat transfer efficiencies were compared for nanofluids of different flow rates，jet height and types . The results revealed that heat transfer efficiency significantly increased with the introduction of nanofluids in jet，but，when the mass percentage of nanofluids exceeded of 0.5%，the heat transfer coefficient did not change significantly. For different types of nanofluids：Cu- water，Al2O3-water，Al-water nanofluids，the highest heat transfer efficiency was observed for Cu- water. In addition，there was a particular jet height，where the maximum heat transfer coefficient could be reached. The results would be practically valuable in designing and manufacturing light and efficient heat exchanger.Key words：nanoparticles；multiphase flow；heat transfer；impinging jet换热设备是在航天、电子、化工、原子能、动力等众多领域中广泛使用的一种通用设备，其主要作用是实现物料之间的热量传递[1]。
纳米流体_一种强化换热工质
3河北省教育厅基金资助项目(No 12004318)收稿日期:2005-12-20郝素菊(1966～),副教授/博士生;063009 河北省唐山市。
纳米流体———一种强化换热工质3郝素菊1,2 蒋武锋2 张玉柱1,2(11东北大学材料与冶金学院;21河北理工大学冶金与能源学院)摘 要 介绍了一种新型换热工质———纳米流体的概念、特点及制备方法,分析了目前纳米流体的研究进展情况,指出纳米流体应用于工业生产的关键是提高其稳定性,并展望了纳米流体在冶金领域———冷却系统和余热回收系统中的应用前景。
关键词 纳米流体 强化换热 冶金工业 应用前景N anofluid ———a ne w kind of w orking medium enhancing heat transferHao Suju 1,2 Jiang Wufeng 2 Zhang Yuzhu 1,2(11Northeast University ;21Science and Engineering University of Hebei )Abstract This paper introduces the conception ,characteristic and the preparation method of nanofluid ———a new kind of working medium enhancing heat transfer ,analyzes the research progress at present ,points out that improving the stability of fluid is key to its application industry ,and ana 2lyzes the prospect of application in cooling and waste heating recovery system of metallurgical field.K eyw ords nanofluid enhancing heat transfer metallurgical industry application prospect1 概 述换热器是冶金、化工、石油、制药等工业过程得以进行的关键设备之一。
混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响_丁晴
第４９卷第２期２０１５年２月浙 江 大 学 学 报（工学版）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１５收稿日期：２０１３－１１－１２．浙江大学学报（工学版）网址：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７６１５９）；中国博士后科学基金资助项目（２０１２Ｍ５１１３６２，２０１３Ｔ６０５８９）．作者简介：丁晴（１９８９），女，硕士生，从事热物性测试研究．Ｅ－ｍａｉｌ：５１５９６１１０５＠ｑｑ．ｃｏｍ通信联系人：范利武，男，副教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｗｕｆａｎ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１５．０２．０２０混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响丁 晴１，方 昕１，范利武１，程冠华２，俞自涛１，胡亚才１（１．浙江大学热工与动力系统研究所，浙江杭州３１００２７；２．浙江省能源与核技术应用研究院，浙江杭州３１００１２）摘 要：为了研究混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响，制备以碳纳米管和银（或氧化铝）纳米颗粒为二元混合填料的有机类复合相变材料．采用瞬态平面热源法导热仪对复合相变材料在室温下固态时的有效导热系数进行测试．研究中综合考虑填料总加载量、碳纳米管／纳米颗粒的配比以及基底相变材料对复合相变材料有效导热系数的影响．实验结果表明，碳纳米管和纳米颗粒填料之间是互相抑制的，混合纳米填料所导致的复合相变材料导热系数增长甚至低于仅添加单一碳纳米管或纳米颗粒时的效果．在本研究所关注的较低的总加载量下（最高体积分数为１．５％），尚不足以构建出能够实现混合填料协同效果的有效导热网络．纳米填料分布的微观表征图片证实，虽然混合填料各自的分布都较为均匀，但导热机理的差异和较高的界面热阻使得不同纳米填料之间无法体现出理想的协同效应，反而导致当单一纳米填料之间的导热通路被破坏时会呈现出反效果．关键词：相变储热；复合相变材料；混合纳米填料；导热系数；协同效应中图分类号：ＴＫ １２４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８－９７３Ｘ（２０１５）０２－３３０－０６Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓＤＩＮＧ Ｑｉｎｇ１，ＦＡＮＧ Ｘｉｎ１，ＦＡＮ Ｌｉ－ｗｕ１，ＣＨＥＮＧ Ｇｕａｎ－ｈｕａ２，ＹＵ Ｚｉ－ｔａｏ１，ＨＵ Ｙａ－ｃａｉ １（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＰＣＭｓ），ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＰＣＭｓ ｆｉｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｎｄ ｓｉｌｖｅｒ（ｏｒ ａｌｕｍｉｎａ）ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｓ ｂｉｎａｒｙ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ ｗａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｐｌａｎｅ ｓｏｕｒｃｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇ，ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｔｏ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ａｎｄ ｂａｓｅ ＰＣＭｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＰＣＭｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｉｔ ｗａｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｎｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｃｔ ａｇａｉｎｓｔ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＰＣＭｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ｉｓ ｅｖｅｎ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｐｕｒｅ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｏｒ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗ ｔｏｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇｓ（ｕｐ ｔｏ １．５ｖｏｌ％）ｏｆ ｔｈｅ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ａｒｅ ｎｏｔｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｏ ｌｅａｄ ｔｏ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｉｓ ｗａｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｂｙ ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｅｓ ｔａｋｅｎ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ．Ｄｅｓｐｉｔｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｆａｉｒｌｙ ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆ ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｒｅｄ ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ｉｓ ａｂｓｅｎｔ ａｓ ａｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅｉｒ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎｓｔｅａｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｐａｔｈｓ ａｒｅ ｂｌｏｃｋｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ｅａｃｈｔｙｐｅ ｏｆ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｈｙｂｒｉｄ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ；ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ 热能通常伴随着各种能源转换和利用过程，是生产生活中最普遍而且可以直接利用的重要能源形式之一．对热能进行存储是提高能源综合利用效率的有效手段．在不考虑化学反应的情况下，储热技术可以分为显热和潜热２大类．后者是利用材料在发生相变（通常是固液相变）时所吸收的大量潜热来实现的，具有储热密度大、储／释热过程温差小等显著优点，因而成为储热研究与应用的重要方向［１］．常见相变材料（如水和石蜡等）导热系数较低的缺陷是制约投入实际应用的瓶颈之一．为改善这一问题，人们首先尝试将泡沫金属、翅片等宏观的延伸表面结构引入到相变储热系统中，以提高相变材料的导热性能［２］．另一方面，通过在相变材料中分散入微细的高导热填料形成具有较高有效导热系数的复合相变材料可望成为一种新的解决方案［３］．早期研究中所采用的填料主要为微米尺度的金属粉末、碳纤维和膨胀石墨等，并逐渐朝着更微细的纳米材料发展．具有极高导热系数和高长径比的碳纳米管更是成为了相关研究中的主角［４－１１］．研究人员还尝试使用二元混合纳米填料以进一步提升单一碳纳米管填料对复合材料导热系数的提升效果，所涉及的第２类纳米填料主要有氮化钛、碳化硅、氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化硅和银等多种金属／氧化物／氮化物纳米颗粒［１２－１８］．研究发现第２种纳米颗粒可以很好地分散在碳纳米管形成的网络空隙中，并能够在一定程度上降低制备过程中含有单一碳纳米管时所产生的高黏度，有效地避免颗粒的团聚现象［１３－１４］．结果显示，由于碳纳米管和纳米颗粒之间的协同作用，采用混合纳米填料可以得到比单一碳纳米管更好的导热强化效果［１３－１４，１６，１８］．然而相关尝试目前主要集中在以树脂为主要基底材料的复合热界面材料和以水为主要基液的纳米流体研究中，在文献中尚未见报道混合纳米填料应用于复合相变材料的研究．因此，本文以石蜡和十四醇为基底相变材料，制备了含碳纳米管加银纳米颗粒以及碳纳米管加氧化铝纳米颗粒等具有不同二元混合填料的复合相变材料．在不同的填料配比、总加载量以及填料和基底相变材料的条件下，结合纳米填料在复合相变材料中的微观分布特征，探讨了混合纳米填料对复合相变材料有效导热系数的影响规律．１ 实验测量１．１ 实验材料研究中选用的相变材料为有机类的石蜡和十四醇．纳米填料为多壁碳纳米管（以下简称为碳管）、银纳米颗粒和氧化铝纳米颗粒．以上各实验材料的来源和特征参数如表１所示，其中ｗ为质量分数．表１ 实验材料及其特征参数Ｔａｂ．１ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ实验材料生产厂家特征参数切片石蜡阿拉丁试剂熔点：５８～６０℃十四醇阿拉丁试剂熔点：约４０℃多壁碳纳米管中国科学院成都有机化学有限公司长度：０．５～２μｍ直径：８～１５ｎｍ纯度：ｗ＞９５％银纳米颗粒杭州万景新材料有限公司平均粒径：８０ｎｍ纯度：ｗ＞９９％氧化铝纳米颗粒上海超威纳米科技有限公司平均粒径：１００ｎｍ纯度：ｗ＞９９％ 利用扫描电子显微镜对所购买的纳米填料的尺寸进行了表征．如图１所示，各纳米填料在原始状态下都发生了明显的团聚．碳管的真实直径约为１５ｎｍ，与厂家的标称值较为一致（见表１）．银和氧化铝纳米颗粒的直径则分别约为１００和２００ｎｍ．银纳米颗粒的尺寸与标称值较为接近，而氧化铝纳米颗粒的尺寸则明显大于标称值，这与其团聚现象较为严重有关．１．２ 试样制备研究中采用的实验材料均在购买后直接使用，未经过进一步的化学提纯．各纳米填料在使用前均在真空干燥箱中先干燥１２ｈ以上．复合相变材料材料的制备采用的是典型的“两步法”，即首先将一定量的纳米填料加入预先加热到熔融状态（液态）的基底相变材料中，然后依次进行１５ｍｉｎ的磁力搅拌和３０ｍｉｎ较大功率的超声振荡从而得到分散得较为均匀的液态相变材料混合物．以上整个分散过程中相变材料的温度均控制在高于其熔点的范围内以保持熔融状态．然后将分散好的液态混合物浇入直径为３ｃｍ、高度为１．５ｃｍ的圆柱形模具中，待样品完全凝固并冷却至室温并后即完成了复合相变材料１３３第２期丁晴，等：混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响图１ 纳米填料的扫描电镜图片Ｆｉｇ．１ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ的制样．依据上述制样过程，在本研究中首先制备了基于石蜡和不同碳管／银纳米颗粒配比的复合相变材料试样，其总加载量（体积分数）最高为１．５％．然后在固定总加载量（１．０％）的情况下，又分别制备了基于十四醇以及采用碳管／氧化铝纳米颗粒为混合填料的复合相变材料．文中所有用到的体积分数均为从质量分数换算而来，计算中对石蜡、十四醇、碳纳米管、银纳米颗粒以及氧化铝纳米颗粒的密度分别取０．８５、０．８２、２．６２、１０．５０以及３．６０ｇ／ｃｍ３．为了简化本研究中对导热系数变化的分析，在试样制备过程中并未使用任何分散剂．同时为保证实验结果的可重复性，对每个试样均制作了３个批次的样品进行平行测试．１．３ 导热系数测量采用基于瞬态平面热源法的Ｈｏｔ Ｄｉｓｋ热物性分析测试仪（ＴＰＳ ２５００Ｓ）对复合相变材料的有效导热系数进行测试．测试中选择的探头为７５７７型聚酰亚胺薄膜探头，其加热平面的直径为２．００１ｍｍ．仪器在使用前通过乙二醇标准样进行了标定，其测量误差小于３％．根据该仪器的测量原理，对每个试样均需要２块相同的样品进行测试．探头夹在２块样品间形成紧密的夹层结构，周围包裹以泡沫塑料进行保温．本研究中的所有测试均在室温（２０±１℃）下进行，即所测量的是复合相变材料固态时的有效导热系数，并未考虑温度的影响．经过多次试验，测量时探头的输出功率保持在５０ｍＷ，测试时间均为５ｓ．如上所述，对于每个试样均在独立样品上进行了３次平行实验，而每个独立实验中均连续测量了５次．２ 结果与讨论２．１ 混合填料配比和总添加量的影响采用的纯石蜡在室温下固态的导热系数测量值为０．２６４Ｗ／（ｍ·Ｋ）．石蜡基复合相变材料导热系数ｋ随混合纳米填料（碳管和银纳米颗粒）配比的变化关系如图２所示．表中ＸＣＮＴｓ为碳管占总加载量（φ）的比例，显然ＸＣＮＴｓ＝１和０分别代表只添加碳管和其他纳米颗粒的极端情形．图２ 石蜡基复合相变材料导热系数随碳管和银纳米颗粒配比的变化Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ－ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏ－ｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｎｄｓｉｌｖｅｒ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ图中给出的每个数据点都是３次平行测试所得到的平均值，而３个批次结果与平均值之差的最大值则作为测量误差．所有样品在实验前分别使用上下表面进行导热系数的测试且所得相对偏差均小于１％，说明纳米填料在试样中的梯度分布对于实验结２３３浙 江 大 学 学 报（工学版） 第４９卷 果的影响是可以忽略的．从图中可以看出，对于不同的总加载量，曲线都呈现出相似的两头高中间低的形式，说明混合纳米填料对石蜡导热系数的提升要低于单一种类的纳米填料．当总加载量φ＝１％，ＸＣＮＴｓ＝０．３时，复合相变材料的导热系数为０．２７１Ｗ／（ｍ．Ｋ），仅比纯石蜡提高了不到３％，远低于只添加碳管的１６．３％和银纳米颗粒的２１．７％的提升效果，而银纳米颗粒的提升效果还要好于碳管．在ＸＣＮＴｓ＝０．１附近，复合相变材料的导热系数相比单一银纳米颗粒的情况有显著的降低，说明加入少量的碳管反而起到了反效果，具体的协同作用机理将在后文中结合纳米填料分布的微观表征进行分析．这一反效果在较高的总加载量下变得更加明显．随着ＸＣＮＴｓ的增大，复合相变材料的导热系数缓慢升高并逐渐趋近于仅添加单一碳管时的导热系数．图３ 石蜡基复合相变材料导热系数随碳管和银纳米颗粒总加载量的变化Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ－ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｔｏｔａｌｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｎｄ ｓｉｌｖｅｒ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ如图３所示为在３个典型的固定配比下（ＸＣＮＴｓ＝０、０．３和１）复合相变材料导热系数随总加载量的变化．随着纳米填料总加载量的增加，复合相变材料的导热系数近似线性增长．相对于单一填料的２种情形，采用混合纳米填料的复合相变材料的导热系数测量值的误差范围略大，而且其变化规律也不平稳．从图３中的比较可以更清晰地看出，银纳米颗粒的强化效果要好于碳管．含有混合纳米填料（ＸＣＮＴｓ＝０．３）的复合相变材料的导热系数明显低于只添加单一材料的情况，并且随着总加载量的提升，差距逐渐拉大．这一结果与文献中所报道的混合纳米填料的提升效果高于单一碳管相悖，已有的工作普遍认为，第２类纳米填料的加入可以有助于碳管在复合材料中形成高效的导热网络［１３－１４，１６，１８］．显然，这一协同作用的产生取决于能否在复合材料中构筑起导热网络．从文献中的结果看，通常需要较大的总加载量（大于２０％［１６，１８］）才能在复合材料中形成有效的导热网络．然而本研究中所关注的纳米填料总加载量（最高１．５％）相对要低得多，可能是无法形成导热网络从而也无法得到理想的混合填料协同强化效果的原因．另一方面，对于复合相变材料而言，受循环相变时材料的稳定性以及有效储热密度的制约，其填料的加载量不可能像复合热界面材料一样提升到很高的程度．因此混合填料这一思路可能比较难于在复合相变材料领域得到实施．２．２ 纳米填料和相变材料种类的影响总加载量保持为１％，用氧化铝纳米颗粒替代银纳米颗粒后得到的石蜡基复合相变材料的导热系数如图４所示．从图４中可以看出，因为氧化铝自身的导热系数要低于银，所以只含氧化铝纳米颗粒的复合相变材料的导热系数要低于同样加载量下只添加银纳米颗粒的情形，而且也要略低于仅添加碳管的情形．添加碳管／氧化铝纳米颗粒的复合相变材料导热系数随其配比的变化较为平缓，并未出现采用银纳米颗粒时在ＸＣＮＴｓ值较低时的骤降现象．这可能是由于氧化铝纳米颗粒中的导热以声子传递为主，与碳纳米管相同，故二者之间协同效果相对较好；而银纳米颗粒中的导热以自由电子为主，导热机理的不匹配使得其混合填料之间有较大的界面热阻．此外，图４中对应于氧化铝纳米颗粒的曲线在ＸＣＮＴｓ＝０．６处出现了局部最小值．考虑到不同批次样品制作过程中存在一定的纳米颗粒分布不均匀性和不一致性，作者认为这一现象主要来源于不同样品的制样误差（参见图４中所示的误差范围）．图４ 纳米填料种类对石蜡基复合相变材料导热系数的影响Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃ－ｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ－ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ仍旧以碳管和银纳米颗粒作为混合填料，本研究中还采用十四醇作为相变材料替代石蜡制备了复３３３第２期丁晴，等：混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响合相变材料．由于基底相变材料发生了改变，复合相变材料导热系数的绝对值无法进行直接比较，故采用相对增长率Ｋ来比较提升效果，其定义为Ｋ＝（ｋ－ｋ０）／ｋ０（１）式中：ｋ０为基底相变材料的导热系数．通过式（１）计算得到的石蜡基和十四醇基复合相变材料（总加载量为１％）的导热系数随混合纳米填料配比的变化如图５所示．显然，由于相变材料本身性质的不同，在同一加载量下十四醇基复合相变材料的导热系数整体高于石蜡基的复合相变材料．这是因为十四醇属于醇类，而石蜡属于烷烃类混合物，二者晶体结构的差异会导致纳米颗粒与晶体间的界面热阻产生较大的区别．纳米颗粒本身的形状和尺寸也会造成凝固时晶体沿着不同方向的生长，从而造成不同的导热强化效果．但同时２种基底下的导热系数随ＸＣＮＴｓ的变化趋势却保持一致，说明在不同的基底相变材料中，相同的混合纳米填料对复合相变材料导热系数相对变化的影响规律是相同的．这一规律主要受到纳米填料微观分布的影响，而与基底相变材料的选择没有直接关系．图５ 相变材料的种类对复合相变材料导热系数的影响Ｆｉｇ．５ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｂａｓｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｎｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ２．３ 混合填料协同作用的机理分析对于复合相变材料而言，纳米填料的加入使得其内部的导热体现出微／纳米尺度传热的特点，从而影响到宏观的热物性．为进一步分析不同配比下混合填料间的协同作用机理，对纳米填料在复合相变材料中的微观分布形式进行了表征．为了更真实的反应纳米填料在复合相变材料中的分布情况，本文采用聚乙烯为基底添加碳管和银纳米颗粒形成复合材料，通过液氮冷却、折断、再蚀刻的处理得到含有混合纳米填料的样品，并对不同配比下的样品进行了表征．图６（ａ）、（ｂ）分别是配比为ＸＣＮＴｓ＝０．３和图６ 混合纳米填料分布形态的微观表征Ｆｉｇ．６ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ ｏｆｈｙｂｒｉｄ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓＸＣＮＴｓ＝０．８时的扫描电镜图（总体积分数为１％）．结果显示，加载量的高低造成了纳米颗粒在相变材料中不同的分布特征，银纳米颗粒在比例较高时（ＸＣＮＴｓ＝０．３）出现了较为明显的团聚现象，虽然该情况下复合相变材料中银纳米颗粒占较大比重，但其间分布的碳管从空间却上阻碍了银纳米颗粒形成导热通路，造成了相较于只含单一银纳米颗粒的样品更低的导热系数（见图６（ａ））．随着碳管添加比例的提高，导热系数提升的主导因素也从银纳米颗粒向碳管转移．此时银纳米颗粒的团聚程度逐渐减弱，并呈现出零星点缀在碳管周围的分布（见图６（ｂ））．银纳米颗粒的引入使得原本只含碳管的样品内部产生了更剧烈的声子散射，增大了纳米填料间的固－固接触热阻，导致了添加混合填料样品的导热系数同样小于只含有碳管的情况．３ 结 语本研究在改变混合纳米填料的种类、配比和总加载量以及基底相变材料等多种工况下，对二元混合填料（其中之一为碳管）对复合相变材料导热系数的影响进行了较为系统性地分析．实验结果表明，碳管和金属／氧化物纳米颗粒之间是相互抑制的，采用混合填料所得的导热系数提升甚至低于单一碳管或４３３浙 江 大 学 学 报（工学版） 第４９卷 者纳米颗粒的效果．这一结果与文献中所报道的混合填料的协同作用相悖．其原因主要是因为本研究所关注的混合填料的总加载量较低（最高为１．５％），尚不足以在复合相变材料中形成有效的导热网络，故而也无法体现混合填料的协同作用；而纳米填料之间导热机理的差异以及较高的界面热阻等综合作用，最终使得混合填料互相抑制了导热系数的强化效果．此外，由于纳米颗粒的密度和形态的不同，在复合相变材料凝固过程中会产生不同速度和不同方向的迁移，也是造成２种纳米填料空间分布不均匀的重要原因，同样会阻碍导热网络的形成并极大地增加界面热阻，从而无法得到预期的协同效果．然而，由于本研究中仅采用简单的物理分散方法得到随机的纳米填料分布，所得的结论有一定的局限性．此外，从几何构型来看，一维碳纳米管和三维球形纳米颗粒较难形成导热网络，并且导热网络的形成还与几何构成单元的尺寸密切相关．因此，对于不同几何形状和尺寸的混合纳米填料的研究（如采用较易形成网络的二维石墨烯材料）将是相关研究的未来发展方向之一．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＦＡＲＩＤ Ｍ Ｍ，ＫＨＵＤＨＡＩＲ Ａ Ｍ，ＲＡＺＡＣＫ Ｓ Ａ Ｋ，ｅｔａｌ．Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ：ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅ－ｍｅｎｔ，２００４，４５（９／１０）：１５９７－１６１５．［２］ＦＡＮ Ｌｉｗｕ，ＫＨＯＤＡＤＡＤＩ Ｊ Ｍ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒ－ｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ａｎｄ ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ，２０１１，１５（１）：２４－４６．［３］ＫＨＯＤＡＤＡＤＩ Ｊ Ｍ，ＦＡＮ Ｌｉ－ｗｕ，ＢＡＢＡＥＩ Ｈ．Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｂａｓｅｄ ｃｏｌｌｏｉ－ｄａｌ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ａｓ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ，２０１３，２４：４１８－４４４．［４］ＳＨＡＩＫＨ Ｓ，ＬＡＦＤＩ Ｋ，ＨＡＬＬＩＮＡＮ Ｋ．Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ－ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｌａｔｅｎｔ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００８，１０３（９）：０９４－３０２．［５］ＷＡＮＧ Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ Ｚｈｏｎｇ．Ｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ－ｉｃｓ，２００８，１０４（１１）：１１３－５３７．［６］ＷＡＮＧ Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ Ｚｈｏｎｇ．Ｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍｕｌ－ｔｉｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ，２００９，４８８（１／２）：３９－４２．［７］ＺＥＮＧ Ｊｕ－ｌａｎ，ＣＡＯ Ｚｈｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｄａｏ－ｗｕ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＭＷＮＴｓ ｏｎ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｅｎｔｈａｌｐｙ ａｎｄ ｔｈｅｒ－ｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａ ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｏｒｇａｎｉｃ ＰＣＭ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ，２００９，９５（２）：５０７－５１２．［８］ＷＡＮＧ Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ Ｚｈｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｅｎｈａｎ－ｃｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐａｌｍｉｔｉｃ ａｃｉｄ ｂａｓｅ ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｓ ｆｉｌｌｅｒｓ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，２０１０，８４（２）：３３９－３４４．［９］ＷＡＮＧ Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ Ｚｈｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎ－ｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐａｌｍｉｔｉｃ ａｃｉｄ ｂｙ ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２０１０，４８（１４）：３９７９－３９８６．［１０］ＣＵＩ Ｙａｎ－ｂｉｎ，ＬＩＵ Ｃａｉ－ｈｏｎｇ，ＨＵ Ｓｈａｎ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｅ ｅｘ－ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，２０１１，９５（４）：１２０８－１２１２．［１１］ＪＩＮ Ｐｅｉ－ｊｕｎ，ＳＵＮ Ｈｕａｎ－ｈｕａｎ，ＺＨＯＮＧ Ｙｕｎ－ｘｉａ，ｅｔ ａｌ．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌ ｂｙ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１２，８１（２２）：１４０－１４５．［１２］ＪＩＡＮＧ Ｌｉｎ－ｑｉｎ，ＧＡＯ Ｌｉａｎ．Ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ ｃａｒ－ｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ－ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｉｔｈ ｅｎ－ｈａｎｃｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００８，３４（１）：２３１－２３５．［１３］ＹＡＮＧ Ｋａｉ，ＧＵ Ｍｉｎｇ－ｙｕａｎ．Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃ－ｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｆｉｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ｈｙｂｒｉｄ ｆｉｌｌｅｒ ｓｙｓ－ｔｅｍ ｏｆ ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒ－ｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ／ｓｉｌａｎｅ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｐａｒｔ Ａ，２０１０，４１（２）：２１５－２２１．［１４］ＴＥＮＧ Ｃｈｉｈ－ｃｈｕｎ，ＭＡ Ｃｈｅｎ－ｃｈｉ Ｍ，ＣＨＩＯＵ Ｋｕｏ－ｃｈａｎ，ｅｔ ａｌ．Ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ａｎｄｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃ－ｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，２０１１，１２６（３）：７２２－７２８．［１５］ＩＭ Ｈ，ＫＩＭ Ｊ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ａｌ２Ｏ３ｄｏｐｅｄ ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆＡｌ２Ｏ３／ｅｐｏｘｙ ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）ｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２０１１，４９（１１）：３５０３－３５０１．［１６］ＭＡ Ａｉ－ｊｉｅ，ＣＨＥＮ Ｗｅｉ－ｘｉｎｇ，ＨＯＵ Ｙｏｎｇ－ｇａｎｇ．Ｅｎ－ｈａｎｃｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｉｔｈＭＷＣＮＴｓ／ＡｌＮ ｈｙｂｒｉｄ ｆｉｌｌｅｒ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，５１（１５）：１５７８－１５８２．［１７］ＭＯＨＡＭＭＡＤＡＬＩ Ｂ，ＡＬＩＭＯＲＡＤ Ｒ，ＤＡＶＯＯＤ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｉｌｉｃａ／ｍｕｌｔｉｗａｌｌ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｈｙｂｒｉｄ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｒｅｌａｔｅｄ ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍｏ－ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ，２０１２，５４９：８７－９４．［１８］ＣＨＥＮ Ｌｉ－ｆｅｉ，ＹＵ Ｗｅｉ，ＸＩＥ Ｈｕａ－ｑｉｎｇ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｇ／ＭＷＮＴ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，２３１：１８－２０．５３３第２期丁晴，等：混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响。
粒子迁移对混合纳米流体对流传热性能影响
粒子迁移对混合纳米流体对流传热性能影响
翟玉玲;马明琰;轩梓灏;李彦桦;王华
【期刊名称】《高校化学工程学报》
【年(卷),期】2022(36)4
【摘要】为研究混合纳米流体管内对流传热性能,采用两步法制备Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体,测量黏度与导热系数随温度及体积分数的变化,研究层流与
紊流时对流传热性能。
结果表明,对于静置的混合纳米流体,体积分数越高导热系数
越大,布朗运动加快水分子和粒子间温度趋于一致的速度。
当Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体体积分数为0.03%,对流传热系数在雷诺数Re分别为2300和6530时比水增大了24.3%和20.3%,这主要源自于导热系数的增大和粒子迁移运动,流体受泵驱动向前运动,在近壁处流体温度高于管中心,热泳运动驱动粒子从高温区移向
低温区,由于粒子导热系数大于水,温度梯度沿管径变化更平缓,使对流传热系数增大。
【总页数】8页(P510-517)
【作者】翟玉玲;马明琰;轩梓灏;李彦桦;王华
【作者单位】昆明理工大学冶金节能减排教育部工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ465.92
【相关文献】
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价4.湍流器形状、倾斜磁场和混合对流纳米流体流动对微尺度倾斜前向台阶热性能的影响5.湍流器形状、倾斜磁场和混合对流纳米流体流动对微尺度倾斜前向台阶热性能的影响
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纳米流体对流换热系数增大机理!
虽然纳米流体比大颗粒悬浮液更具备流体的性
质，但它本 质 上 是 两 相 物 质，具 有 固 液 混 合 物 的 通 性，不论从微观尺度还是从宏观尺度来看，在纳米流 体流动中，有多因素起作用，如重力、布朗运动引起 的作用力、流体和颗粒间的摩擦力、扩散、沉降和分 散等可能同时存在；流体和颗粒界面将不再满足无 滑边界；纳米颗粒的无规则运动，增加了流体内的热 能传递，即纳米颗粒流动过程中的热散射 < 对等壁温 圆管内流来说，热散射使得圆管内流体的温度分布 平坦化，降低了流体内部的温度梯度，因而管壁和纳 米流体介质间的温差比纯流体介质大，进而增大了 介质和管壁的热交换 < 因此，纳米流体强化传热可以 从以下两方面来解释：一方面纳米颗粒的加入优化
动，用微元体积平均的方法，纳米流体流动的速度 !
和温度 " 可表示为［%’］
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纳米流体，流 速 增 大，因 热 散 射 引 起 的 热 量 传 输 增
大；热散射系数与固相含量有关，在相同的 ABCDBE 数
条件下，%4 随纳米流体内固相含量的增加而增加 !
图 ) 热散射系数和 ABCDBE 数的关系
对于稳态流动的圆管内流， （%5）式可简化为
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混合颗粒纳米流体相变换热
近年来，随着纳米技术的不断发展，混合颗粒纳米流体相变换热在工业生产中得到越来越广泛的应用。
它可以大大提高工业生产的效率和经济性，同时还有非常优秀的热力学性能。
首先，我们来介绍一下混合颗粒纳米流体相变换热的基本概念。
混合颗粒纳米流体指的是由多种不同颗粒尺寸的纳米粒子所组成的一种流体。
而相变换热则是指，在物质物态转化时，所额外释放或吸收的热量。
接下来，我们逐步探讨混合颗粒纳米流体相变换热的实际应用。
第一步，研究混和颗粒纳米流体的结构和热力学性能。
通过对混和颗粒纳米流体的结构与热力学性能的研究，对其进行综合分析，明确了混合颗粒纳米流体中导致相变热变化的基本原因。
第二步，设计精准的控制方法。
在该步骤中，设计师通常将混合颗粒纳米流体注入集成式微流体系统中，并利用静电力或磁场来调节其微观结构，进而控制其物相变化的温度范围、速率和热效能等热力学性能。
这种方法实现了微观尺度下相变过程的可调性和可控性，使得每个颗粒都可以被单独控制。
第三步，应用于工业生产。
通过对混合颗粒纳米流体相变换热在工业生产中的应用研究，利用其优秀的热力学性能来提高传热效率，增加热功率密度，降低系统的成本和能耗。
因此，在化工、电子等产业的热管理领域，混合颗粒纳米流体相变换热已成为一个非常热门的课题。
总之，混合颗粒纳米流体相变热的应用能够让工业生产更加便捷高效，大大提高工业生产的质量和经济效益，并具有非常优秀的热力学性能。
相信在未来，混合颗粒纳米流体相变热的应用将会得到更广泛和深入的发展。