纳米流体沸腾传热研究进展

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δ-Al_2O_3-R141b纳米流体的池内核态沸腾传热特性

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第６卷３
第１期
化
工学
报
Ｖｏ１３Ｎ０．６．１
２１０２年１月

纳米流体核态沸腾换热机理研究

纳米流体核态沸腾换热机理研究李科;薛淑文;李义科【摘要】本文介绍纳米流体沸腾换热的最新研究进展,并就本课题组的最新成果展开叙述,基于实验结果建立一系列封闭方程来修正和完善经典壁面热通量分区模型,模拟结果表明:汽化核心密度、气泡脱离直径和纳米流体润湿角是纳米流体换热性能提升的主要原因,所建立的新的汽化核心密度、气泡脱离直径模型预测结果与实验数据吻合较好,证明该模型的可靠性.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】6页(P241-246)【关键词】纳米流体;沸腾换热;数值模拟;气化核心密度;研究进展【作者】李科;薛淑文;李义科【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TK242随着人类社会的快速发展，能源与环境问题已经成为制约世界各国发展的瓶颈.1995年，美国Argonne国家实验室Choi等[1]首次提出纳米流体的概念，纳米流体是按照一定的方式和比例将纳米级金属或非金属氧化物粒子添加到液体中，形成一种均匀稳定且具有高导热系数的新型传热冷却工质.纳米流体概念提出后，各国研究机构纷纷对纳米流体进行了研究，发现纳米流体在节能、节材、低碳、减排方面具有一定的可行性，并在化学化工、冶金、热能、核能及材料科学等领域已显现出广阔的应用前景.纳米流体作为强化换热的一种工质，近年来研究者已取得大量的成果，由于纳米流体具有提高导热系数、降低过冷度等特性，因此在相变蓄冷、制冷剂、热管和冷却剂等方面具有较好的应用前景[2].Brutin等[3]和Buongiorno等[4]的研究表明纳米流体作为冷却介质在核反应堆中存在潜在可能性，特别是在核反应堆的IVR(In-Vessel Retention，熔融物堆内滞留)措施中的应用.赵言冰等[5]对Al2O3/水纳米流体进行池沸腾的研究表明添加纳米颗粒很大程度强化了沸腾传热，并认为这种传热的强化是由于添加纳米流体改变流体的物性和颗粒在加热面附近运动改善气泡形成条件共同作用得到的.唐潇等[6]对δ-Al2O3-R141b纳米流体在0.1 MPa系统压力下进行池沸腾传热性能测试.研究表明纳米流体的添加加强了沸腾传热，且随着纳米颗粒浓度的增加，沸腾传热强化倍数增加.低热通量区强化倍数呈上升趋势，高热通量区强化倍数趋于稳定.实验数据与Rohsenow关联式进行对比，结果表明：低浓度纳米流体实验值与Rohsenow关联式比较吻合，但高浓度时Rohsenow关联式不适用；纳米颗粒沉积增加表面粗糙度，从而导致沸腾传热强化，且表示表面接触角变化造成影响可忽略不计. Wen D, Ding Y[7]对Al2O3/水纳米流体在直径为150 mm刨光不锈钢盘中进行池沸腾实验研究，研究表明，纳米流体对沸腾换热强化效果随着纳米颗粒浓度和热流密度的增加而增加，在沸腾换热表面并没发现有纳米颗粒沉积现象.聂宇宏等[8]对Al2O3/水纳米流体在水平管中的沸腾过程进行了数值模拟，得出：纳米流体在水平管内的沸腾阶段与纯水水平管内沸腾阶段相同但纳米流体沸腾更剧烈，速度梯度变化更大，相同截面纳米流体的含气率高于纯水，改善了水平管的流动特性且强化了流体的混合和扰动.Kathiravan等[9]在水平不锈钢管上对多壁碳纳米管/水纳米流体进行了池沸腾研究.在 961，611和508 kW/m2的临界热流密度条件下，体积分数分别为0.25%，0.5%和1.0%的多壁碳纳米管/水纳米流体，沸腾换热系数比纯水沸腾换热系数分别增加了75%，20%和20%.Park K J等[10]对多壁碳纳米管/水纳米流体池沸腾的换热系数和临界热流进行了研究，研究表明：多壁碳纳米管/水纳米流体的沸腾换热系数小于水的沸腾换热系数，但纳米流体临界热流密度明显提高，且发现沸腾换热表面有纳米颗粒沉积.Narayan等[11]为了研究对纳米流体是否增强传热的分歧进行纳米流体沸腾实验，实验结果表明，添加纳米颗粒是否增强传热取决于固体表面粗糙度和纳米颗粒粒径的关系.当实验者采用524 mm表面粗糙度的壁面和47 mm粒径的纳米颗粒进行实验，沸腾换热系数提到大概70%，而当纳米颗粒粒径接近表面粗糙度时，沸腾换热出现明显减弱现象.吴晓敏等[12]对添加TiO2颗粒的R11(三氯一氟甲烷)进行池沸腾实验.铜管下部强化传热最多，前部强化传热较小，上部强化最弱甚至有弱化现象.通过测量实验前后粗糙度，发现铜管上部测温点附近的粗糙度有所降低，铜管前部测温点附近粗糙度略有升高，下部的粗糙度有较大升高，表明纳米颗粒的沉积导致强化传热的现象. 施明恒等[13]将26 nm的铁粉和13 nm的三氧化二铝纳米粉末分别与去离子水配成0.1%，1%，2%的悬浮液，从热物性和加热面特性两方面考虑对悬浮液进行池沸腾实验.研究表明纳米颗粒加入增加基液导热性，降低了基液表面张力，强化液体内部能量传递从而导致沸腾换热得到强化，但在沸腾过程中纳米颗粒的沉积和填充使表面粗糙度减小反而导致沸腾恶化.薛怀生等[14]对多壁碳纳米管纳米流体进行池沸腾实验，实验结果表明随着沸腾时间的延长，纳米颗粒的添加会呈现对传热不同的影响.初期纳米颗粒的沉积和结垢会增强加热表面润湿能力，多孔介质也为沸腾提供大量汽化核心，从而增强传热；随着沸腾时间的延长，纳米颗粒的沉积和结垢会使垢层厚度增加、毛细孔直径减小、孔隙率减小，从而弱化沸腾.Liu[15]等人提出了微液层蒸发的观点，当微液层蒸发发生时，固体纳米颗粒附着在固体表面，增强壁面的润湿性，从而导致了传热传质过程的改变.周乐平，王补宣[16]从纳米颗粒的尺寸效应和表面吸附出发,并考虑颗粒Brown运动引起的颗粒输运过程等因素，建立低浓度非金属纳米颗粒悬乳液有效导热系数模型.研究结果表明尺寸效应和表面吸附是悬浮液导热系数增加的主要因素，颗粒输运过程起到的作用很小.肖波齐等[17]考虑了纳米流体在对流换热下纳米颗粒的布朗运动及自然对流时活化穴遵循分形分布，以分形的角度推导纳米流体对流换热解析解.李祥东，屠基元[18]考虑纳米颗粒沉积，根据实验数据拟合得到纳米流体核态沸腾参数的计算公式，且拟合得到模型数值计算结果与实验数据一致.Taylor等[19]讲池沸腾经典Rohsenow公式与大量纳米流体池沸腾实验数据进行了对比，研究表明当表面常数Csf在0.006 5～0.018之间时，经典Rohsenow公式可以很好地预测各种工况池沸腾实验数据，由于表面常数Csf取决于加热壁面形态及物性，推导出纳米流体沸腾传热性能不同于纯基液的主要原因时由于纳米颗粒沉积引起的表面形态修正和物性修正.由于纳米颗粒粒径非常小，Stokes数远小于1，认为纳米流体追随流体运动，且添加到基液中对液体物性的影响可忽略不计，因此，可将纳米流体看做是气-液两相流，双流体模型控制方程的通用形式如下：▽▽φk))=αkSk+ckj(▽φj-▽式中：k，j为相标记(k=l或v，j=l或,Γ,S分别代表体积分数(αl+αk=1),密度，两相流变量，速度矢量，湍流扩散项，源项，ckj(▽φj-▽φk)为从j相到k相φ的传输速率，kj表示从j相到k相的传质速率，表示相间传质引起的传输速率.核态沸腾壁面热通量采用RPI模型(热流分区)，热流分为3部分：由蒸发导致的热通量qe，由淬熄引起的热通量qq和对流引起的热通量qc，定义如下：q=+qq+qcqc=AcStρlcplul(TW-Tl)式中，dbW，f，n，tW，St，Aq，Ac分别表示气泡脱离直径，气泡脱离直径，汽化核心密度，气泡等待时间，当地斯坦顿数，激冷面积分量和对流面积分量. Tolubinsky和Kostanchuk[20]经整理得到气泡脱离直径关于液体过冷度ΔTsub 的函数的函数：Phan[21]等提出了关于核态池沸腾的气泡脱离直径关联模型，是壁面润湿角和过冷度的函数，并被证明有较好适用精度，形式如下：式中：Cbw为经验参数，一般为0.626 977；σ为表面张力.本文根据现有实验数据拟合气泡脱离直径关联公式，形式如下：dbW=4.113 46×10-4+Wang[22]构建汽化核心密度关联模型，形式如下：基于纳米流体实验数据，我们仿照 Wang-Dhir’s 等关联性构造了一个新的气化核心密度关联模型，形式如下：考虑了由于纳米颗粒的布朗运动的换热影响，扩展了经典的热通量分区模型，引入分形理论来解释纳米颗粒的存在对沸腾传热传质的影响，新壁面热通量分区模型形式如下：q=qe+qq+qc+qBqB为新模型添加量，表示布朗运动引起热通量.其它参数被定义为：tw=0.8/fJasub=ρlCplΔTsub/ρvHfg模拟对象为MIT大学(美国麻省理工学院)测量的纳米流体过冷核态池沸腾实验装置[23].Buongiorno等的实验观察了纯水和低浓度水石英(二氧化硅)纳米流体在大气压力下的核态沸腾过程.实验中，核态沸腾发生在一个长30 mm，宽10 mm的长方形加热器表面，位于底部的中心液体池，四周是一个恒温水浴以保持测试流体温度，尽量减少热损失.为了减少计算成本，建立长300 mm宽150 mm的二维计算域.实验证明，颗粒浓度非常低(≤0.1%)的情况下，在纯水中加入二氧化硅纳米颗粒对的液体物性的改变微不足道(如表面张力、热导率和粘度，纳米流体和纯水比较几乎可以忽略不计).为了考虑表面润湿性能的影响，液体接触角采用22°.模型求解采用CFX4.4软件，相关物理子模型如汽化核心密度、气泡脱离直径等以子程序的形式添加.收敛目标最大3 000次迭代，连续性方程的残差小于1×105.压力-速度耦合采用SIMPLE相间耦合格式，动量方程、湍动能方程和湍动能耗散率方程中，对流项采用二阶迎风格式，扩散项采用二阶中心差分格式.图1为气泡脱离直径与壁面过热度关联图，图中可以看出纯水沸腾实验中气泡脱离直径大小幅度大，但在壁面过热度高于10 K时，气泡脱离直径大部分均处于0.75～1.0 mm之间.而对于水基SiO2纳米流体来说，当壁面过热度在15 K以下时，气泡脱离直径随壁面过热度增高而增加，当壁面过热度大于15 K时，气泡脱离直径有下降趋势并在壁面过热度在30 K时降低到0.5 mm附近.为了进行对比，分别对Tolubinsky等[20]和Phan[21]等提出的气泡脱离直径关联公式(6,7)和拟合得出的气泡脱离直径关联公式(8)进行数值计算.图中所示式(6)拟合结果虽然在壁面过热度在12 K下时气泡脱离直径增长趋势与纳米流体实验数据符合，但在12 K 后与纳米流体气泡脱离直径趋势不相符.式(7)为纯水气泡脱离直径关联公式数值模拟结果，虽然与纯水实验数据基本吻合但在图中可以明显看出纯水与纳米流体在气泡脱离直径实验数据上有明显区别，所以用纯水关联公式对预测纳米流体沸腾传热有一定局限.本文用拟合实验数据得到关联公式(8)进行数值模拟，模拟结果与实验数据吻合性高.图2为汽化核心密度与壁面过热度关联图，从图中可以看出纳米流体沸腾实验相对于纯水沸腾汽化核心密度发生明显变化，在壁面过热度为10～15 K之间纯水汽化核心密度随壁面过热度增加增长迅速，远远大于纳米流体沸腾实验数据.本文对式10提供的汽化核心密度关系式进行数值模拟，并对不同液体接触角计算结果进行比较.图中可以看出液体接触角为18°时，模拟结果与纳米流体实验结果相吻合，随着液体接触角的增大，相同壁面过热度下汽化核心密度模拟结果增加，在静态接触角达到40°时，模拟结果偏向于纯水实验结果.这表明基于纯水得到的汽化核心密度关联公式不适用于纳米流体沸腾的预测，也表明纳米颗粒的添加壁面润湿性，从而使壁面成核密度发生了变化.图3中的曲线代表预测沸腾曲线，即壁面过热度和热流曲线，在给定总热通量条件下计算壁面过热度.在图中可以看出不论是纯水还是纳米流体，热流密度增加都会导致壁面过热度增加，但在相同热流密度下，水基SiO2纳米流体壁面过热度明显大于纯水，再一次证明纯水关联模型不适用于纳米流体.本文分别对RPI模型和添加由于纳米颗粒布朗运动引起热通量的新模型进行模拟.对于RPI模型来说，改变液体接触角对模拟结果有不同影响，随着液体接触角增加，对于给定热流密度，壁面过热度随着液体接触角的增加而降低，图中可以看出当液体接触角为18°时，模拟结果与纳米流体实验数据吻合，而当液体接触角为40°时，模拟结果更偏向于纯水沸腾实验结果.对于添加布朗运动的模拟结果而言，模拟结果与纳米流体实验数据吻合性高，并且当努谢尔特数为200时，模拟结果吻合最好.图4为传热系数与热流密度关联图，传热系数计算式如下：式中，q''，Tsup，Tsub分别代表热流密度、壁面过热度、液体过冷度.图4中可以看出对于给定热流密度，纳米流体的传热系数相对于纯水传热系数减少一半，以此推断对于该实验中纳米流体临界热流密度相对于纯水将增加一倍，并且在该实验中，实验数据表明纯水和水基SiO2纳米流体临界热流密度测试结果最高分别为1 000和1 900 kW/m2模拟结果与图1，2，3相似，当液体接触角为18°时，模拟结果与纳米流体实验数据吻合，而当液体接触角为40°时，模拟结果偏向于纯水实验数据.对纳米流体的研究重视程度逐年增高，纳米颗粒的存在导致气泡脱离直径、汽化核心密度和气泡脱离频率等沸腾参数的变化使得纳米流体与纯基液沸腾有很大不同.纳米流体沸腾两相流机理是今后纳米流体应用于各领域的瓶颈，从机理上分析并预测纳米流体沸腾将成为研究重点，本文简介纳米流体并对水基SiO2纳米流体进行数值模拟，结论如下：(1)大量的纳米流体实验研究表明纳米流体对于换热特性的增加或减少存在很大分歧，纳米流体沸腾过程气泡的长大、脱离、运动、聚合、破裂机理理论模型是纳米流体核态沸腾两相流理论方面的研究重点和难点；(2)确立沸腾过程气泡脱离直径、汽化核心密度、气泡脱离频率等沸腾物性参数对于精确预测纳米流体沸腾至关重要，本文所建立的模型模拟结果与实验数据相吻合；(3)液体接触角的改变对模拟结果有较大影响，对液体接触角的研究将成为建立纳米流体沸腾模型重点.【相关文献】[1] Choi S U S. Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, developments and applications of non-newtonian flows[J]. Asme Fed Applied Physics A， 1995，( 66) :99-105.[2] 史保新，刘良德，邓晨冕.纳米流体在制冷及冷却中的应用研究进展[J].材料导报, 2012, 26(20): 32-43.[3] Barber J，Brutin D,Tadrist L.A review on boiling heat transfer enhancement with nanofluids[J]. Nanoscale Research Letters,2011，6(1)：1-16.[4] Buongiorno J,Hu L W,Apostolakis G,et al.A feasibility assessment of the use of nanofluids to enhance the in-vessel retention capability in light-water reactors[J].Nuclear Engineering and Design,2009,239(5)：941-948.[5] 赵言冰,施明恒.纳米尺度固体悬浮颗粒强化池沸腾换热的实验研究[J].能源研究与利用,2002,(3):18-20.[6] 唐潇，刁彦华，赵耀华，等.δ-Al2O3-R141b纳米流体的池内核态沸腾传热特性[J].化工学报，2012,63(1)，63-69.[7] Wen D， Ding Y.Experimental investigation into the poolboiling heat transfer of aqueous based alumina nanofluids[J]．Journal of Nanoparticle Research,2005,(7):265-274．[8] 聂宇宏，周长江，姚寿广，王公利.纳米流体水平管内沸腾流型的模拟研究 [J]. 江苏科技大学学报(自然科学版), 2013,27(4):371-375.[9] Kathiravan R， Kumar R， Gupta A， et al． Pool boiling characteristics of carbon nanotube based nanofluids over a horizontal tube[J]． Journal of Thermal Science and Engineering Applications， 2009， 1(2): 022001-022008．[10] Park K J， Jung D S， Shim S E. Nucleate boiling heattransfer in aqueous solutions with carbon nanotubes up tocritical heat fluxes[J]. International Journal of Multi-phase Flow， 2009， 35(6): 525-32．[11] Narayan G P, Anoop K B, Das S K.Mechanism of enhancement/deterioration ofboiling heat transfer using stable nanoparticle suspensions over vertical tubes[J].Journalof Applied Physics, 2007, 102 (7): 4317-4317.[12] 吴晓敏,李鹏,李辉,等.添加有TiO2纳米颗粒的R11池沸腾换热研究[J]. 工程热物理学报, 2008,29(1):124-126.[13] 施明恒,帅美琴,赖彦愕,等.纳米颗粒悬浮液池内泡状沸腾的实验研究[J].工程热物理学报，2006,27(2)，298-300.[14] 薛怀生.多壁碳纳米管悬浮液沸腾换热性能研究[D].杭州:浙江大学,2007.[15] Liu Z and Liao L.Sorption and Agglutination Phenomenon of Nanofluids on a Plain Heating Surface During Pool Boiling[J].International Journal of Heat and Mass Transfer，2008,51(19)：2593-2602.[16] 周乐平，王补宣. 颗粒尺寸与表面吸附对低浓度非金属纳米颗粒悬浮液有效导热系数的影响[J].自然科学进展， 2003, 13(4): 426-429.[17] 肖波齐,范金土,蒋国平,陈玲霞. 纳米流体对流换热机理分析[J]. 物理学报, 2012, 61(15): 323-328.[18] 李祥东，屠基元.纳米流体核态沸腾的机理探讨及数值模拟[J]. 工程热物理学报, 2013, 34(6): 1096-1100.[19] Taylor R A, P E Phelan. Pool Boiling of Nanofiuids:Comprehensive Review of Existing Data and Limited New Data[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer， 2009,52(23/24): 5339-5347.[20] Yeoh G,Tu J. Modeling Subcooled Boiling Flow[M]. New York: Nova Science Piblishers, 2009: 5-36.[21] Li X,Li K,Tu J,Jacopo Buongiorno. On two-fluid modeling of nucleate boiling of dilute nanofluids[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2014,69:443-450.[22] Wen D，Ding Y.Experimental investigation into the poolboiling heat transfer of aqueous based alumina nanofluids[J]． Journal of Nanoparticle Research,2005,7(2):265-274．[23] 袁杨，李祥东，屠基元. 纳米流体沸腾模型中某些物理参数的理论探讨[J]. 清华大学学报 (自然科学版), 2015, 22(7): 815-820.。

关于表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展

关于表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展在能量传递研究及应用技术方面,纳米流体作为一种新型换热工质已获得关注。

目前,关于纳米流体,主要从其制备、稳定性、热物性及传热传质等方面研究。

稳定的纳米流体是进行各种研究及应用的基础。

由于悬浮于流体中的纳米粒子有热力学不稳定性、动力学稳定性和聚集不稳定性的特点,因此如何保持粒子在液体中均匀、稳定地分散是非常关键的问题。

常用的纳米流体分散技术里表面活性剂对纳米流体特性的影响是研究的热点之一。

表面活性剂的分子结构具有不对称性,即亲水性的极性基团和憎水性的非极性基团。

根据其在水中能否电离将其分为离子型和非离子型表面活性剂,根据离子型表面活性剂生成的活性基团,又将其分为阴离子和阳离子表面活性剂。

纳米流体中表面活性剂的选择主要考虑基液、表面活性剂的种类和浓度。

在水基纳米流体中,常见的表面活性剂有阴离子型的十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子型的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、非离子型的辛基苯酚聚氧乙烯醚(OPE)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。

表面活性剂对纳米流体特性的影响主要从种类和浓度来考虑。

针对已有的研究,总结和分析表面活性剂对纳米流体稳定性和热物性影响的实验研究,并从机理对其进行更深层次的研究。

同时针对目前的研究现状,提出了未来相应的研究方向。

1 表面活性剂对流体稳定性的影响表面活性剂对纳米流体稳定性起着重要作用。

已发表的文献中,重点研究其种类和浓度对纳米流体稳定性的影响。

由于影响纳米流体稳定性的因素非常多,各因素之间的相互影响不同,实验所得的研究结果存在一些差异。

李金平等提出了水基纳米流体中选择表面活性剂的一些建议,研究了表面活性剂聚乙烯醇(PVA)和 SDBS 对 Cu、Ag 和 TiO2纳米粒子悬浮液分散稳定性的影响,得出 PVA、SDBS 及两者的混合能够使 Cu、Ag 纳米流体稳定悬浮,而不能使TiO2纳米流体保持 1h 以上的稳定悬浮。

微槽内纳米流体沸腾传热特性实验

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald56随着科技的发展，电子设备产生的局部高热流成为了电子设备热控制所面临的重要问题，纳米流体技术为这类问题的解决提供了新思路。

纳米流体，是将1～100 n m 的金属或非金属的固体颗粒分散在液体中形成的一种悬浮液。

在流动状态下，固体颗粒可以明显改变流体的热量传输特性，为强化微细尺度对流换热创造了条件[1]。

纳米流体的微尺度传热问题已经成为传热传质领域的一个热点。

国内外对纳米流体微槽道两相流动的换热特性做了一系列的研究，但目前对涡旋微槽道的研究较少。

而涡旋微槽道由于流道是弯曲的，流体在流动过程中产生的“二次流”可有效对抗过载效应。

因此深入研究纳米流体在涡旋微槽道换热特性是十分必要的。

1 实验装置1.1 纳米流体的制备DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2016.17.056微槽内纳米流体沸腾传热特性实验张亚海(哈尔滨飞机工业集团有限责任公司客户服务部黑龙江哈尔滨 150066)摘要：以Al 2O 3-水纳米流体为工质，进行了纳米流体涡旋微槽道的沸腾两相传热性能实验研究，分析了质量流量、出口干度、Al 2O 3粒子体积浓度对传热系数的影响。

结果表明流体的质量流速和粒子浓度都会对纳米流体的传热特性产生影响，出口干度对传热影响甚微。

关键词：纳米流体微槽沸腾实验中图分类号：TB131文献标识码：A文章编号：1674-098X(2016)06(b)-0056-02图1 涡旋微槽结构示意图图2 沸腾两相实验系统示意图图3 沸腾换热系数随质量流量的变化图4 沸腾换热系数随干度的变化工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald57此实验采用的是两步法制备纳米流体，在制备前先在水中加入了一定量的醋酸作为分散剂，然后将13 n m 的A l 2O 3纳米粒子分散到水中，制备成A l 2O 3-水纳米流体，配制好再经过超声波振荡器进行超声振荡，使其能更加稳定。

(完整word版)关于表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展

关于表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！在能量传递研究及应用技术方面，纳米流体作为一种新型换热工质已获得关注。

目前，关于纳米流体，主要从其制备、稳定性、热物性及传热传质等方面研究。

稳定的纳米流体是进行各种研究及应用的基础。

由于悬浮于流体中的纳米粒子有热力学不稳定性、动力学稳定性和聚集不稳定性的特点，因此如何保持粒子在液体中均匀、稳定地分散是非常关键的问题。

常用的纳米流体分散技术里表面活性剂对纳米流体特性的影响是研究的热点之一。

表面活性剂的分子结构具有不对称性，即亲水性的极性基团和憎水性的非极性基团。

根据其在水中能否电离将其分为离子型和非离子型表面活性剂，根据离子型表面活性剂生成的活性基团，又将其分为阴离子和阳离子表面活性剂。

纳米流体中表面活性剂的选择主要考虑基液、表面活性剂的种类和浓度。

在水基纳米流体中，常见的表面活性剂有阴离子型的十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子型的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、非离子型的辛基苯酚聚氧乙烯醚(OPE)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。

表面活性剂对纳米流体特性的影响主要从种类和浓度来考虑。

针对已有的研究，总结和分析表面活性剂对纳米流体稳定性和热物性影响的实验研究，并从机理对其进行更深层次的研究。

同时针对目前的研究现状，提出了未来相应的研究方向。

1 表面活性剂对流体稳定性的影响表面活性剂对纳米流体稳定性起着重要作用。

已发表的文献中，重点研究其种类和浓度对纳米流体稳定性的影响。

由于影响纳米流体稳定性的因素非常多，各因素之间的相互影响不同，实验所得的研究结果存在一些差异。

李金平等提出了水基纳米流体中选择表面活性剂的一些建议，研究了表面活性剂聚乙烯醇(PV A)和SDBS 对Cu、Ag 和TiO2纳米粒子悬浮液分散稳定性的影响，得出PV A、SDBS 及两者的混合能够使Cu、Ag 纳米流体稳定悬浮，而不能使TiO2纳米流体保持1h 以上的稳定悬浮。

新型纳米流体的研究与应用

新型纳米流体的研究与应用近几年，新型纳米流体的研究越来越受到人们的关注。

这种流体由纳米材料构成，具有很强的热稳定性和抗氧化性能，可以应用于许多领域，如医学、化工和能源等。

一、新型纳米流体的研究新型纳米流体是由纳米级材料与基础流体混合而成的一种材料。

它们通常由液态或半固体材料组成，这些材料可以分散在基础流体中，从而形成一种新的流体状态。

研究表明，纳米流体可以显著提高流体的热传导性能，使其在高温下仍然具有相对稳定的性能。

纳米流体的制备方法包括物理合成和化学合成两种。

物理合成方法主要包括溶剂扩散和热循环等过程，而化学合成方法则包括双溶剂法和溶胶-凝胶法等。

此外，纳米流体的表面性质也受到研究者的重视。

研究表明，改变纳米流体表面材料的化学特性和形态等因素可以改变其热传导性能。

二、新型纳米流体的应用1. 医学领域纳米流体在医学领域中有广泛的应用。

通过改变纳米流体表面材料的化学性质和形态等因素，可以使其在生物体内具有更好的渗透性和稳定性。

例如，可以将纳米流体用于肿瘤治疗，利用其渗透性质，将药物直接输送到肿瘤部位，从而提高药物的治疗效果。

此外，由于纳米流体具有良好的生物相容性，还可以用于生物成像和生物传感等领域。

2. 化工领域纳米流体也可以应用于化工领域。

例如，在煤气化过程中，传统的工业流体往往存在热传导不良的问题，而纳米流体可以增强煤气化过程中流体的热传导性能，从而提高反应的效率和产物质量。

此外，由于纳米流体具有很高的热稳定性和抗氧化性能，还可以用于高温高压等苛刻工况下的反应。

3. 能源领域纳米流体的应用还可以扩展到能源领域。

例如，在太阳能电池领域，热传导是影响太阳能电池效率的关键因素。

通过使用纳米流体，可以有效提高太阳能电池的热传导效率，从而提高能量的转化效率。

此外，纳米流体还可以用于热管领域，以及热回收等节能领域。

三、新型纳米流体的前景随着人们对新型纳米流体的研究不断深入，其应用前景也越来越广泛。

纳米流体在医学、化工和能源等领域中具有良好的应用前景。

纳米流体

尽管目前研究者们对纳米流体应用于各个领域的实验研究越来越多但是还是存在一些理论上和技术上不成熟的地方如在纳米流体制备方法上就存在制备方法分散手段和稳定性调控36等方面的问题未来应该在这些比较基础的问题上多做一些研究努力改进纳米颗粒的表面性质以制备出性能更加优异的纳米流体
纳米流体强化传热技术进展
目录
尽管目前研究者们对纳米流体应用于各个领域的实验研究越来越多，但是还是存在一些理论上和技术上不成熟的地方，如在纳米流体制备方法上就存在制备方法、分散手段和稳定性调控 [36] 等方面的问题，未来应该在这些比较基础的问题上多做一些研究，努力改进纳米颗粒的表面性质，以制备出性能更加优异的纳米流体。同时要采用更为精确的测量手段测定纳米流体的传热，以期能够真正掌握纳米流体强化传热的机理。是将理论研究成果运用于实践中，真正发挥纳米流体这种新型材料的重大作用。由于目前能源的紧缺以及国家和政府对新能源开发及利用的大力关注，希望未来纳米流体能更多更好的应用于节能环保领域，如发电领域。
D.王文婷、朱群志[33]等将纳米流体应用于直接吸收式太阳能高温集热器，许多国内的研究者也在这方面有过研究[34-35]。然而在这方面的研究大都还处在理论研究状态，尤其是对高温下纳米流体的特性及光辐射性质都有待进一步研究，因此有广阔的前景。
纳米流体强化传热应用展望
除了加强对纳米流体的理论研究，更为重要的
2.2纳米流体稳定性影响因素及改善措施
如此多的研究者之所以对纳米流体在强化传热方面的应用上不懈地研究，其目的都是为了是纳米流体能更加广泛地应用到传热、冷却等各个领域，在能源紧缺情况下，能提供一条有效缓解甚至解决能源危机的切实有效的途径。在此基础上，已经有不少研究者提出了纳米流体的新应用。

纳米流体的合成及应用的研究进展

纳米流体的合成及应用的研究进展纳米流体具有导电性、催化活性等特性，离子液体有宽电化学窗口和导电性，以两者合成的离子液体基纳米流体在生物医学、光催化、电化学等领域有着广阔的应用。

本文介绍了纳米流体常用的两种制备方法，并讨论了各制备方法的优缺点。

标签：离子液体；纳米流体纳米流体自20世纪90年代提出后广受关注，离子液体基纳米流体是离子液体及纳米材料在一定条件下用特定方法合成的复合物，不仅具有离子液体的性质，也具有纳米流体的性质。

离子液体因其特性，能够对纳米粒子进行表面修饰，并且能够阻止纳米粒子团聚特性，为纳米流体的合成提供了新的研究方向，离子液体基纳米流体的研究逐渐被报导。

目前较成熟制备纳米流体的方法有：一步合成法和两步合成法。

1 一步合成法一步法是直接在纳米颗粒制备的同时把金属颗粒沉积到液体基质中。

一步法中，纳米颗粒通过气相沉积制得再混溶于基液中。

此方法制得的流体中纳米微粒稳定且粒径小，分散性好并不易团聚，不加分散剂也能长期稳定。

能用在金属纳米流体的合成，但是此方法条件苛刻，要求在低蒸气压条件下且必须在流体介质中反应。

此方法适用于对纯度要求高的少量產物合成，但是此法产量低且对设备要求高，不适合工业化生产。

2 两步合成法两步法是将纳米微粒的制备与流体的合成过程分开首先，是目前比较普遍的合成方法。

主要采用气相沉积法或别的方法如机械球磨法和化学还原法，将制备出的纳米颗粒，通过超声、搅拌、加入分散剂等其他方法，使纳米颗粒稳定、均匀地分散到基液中。

由于纳米微粒制备的技术日趋完善已达工业化水平，使得两步法在工业中应用有明显优势。

两步法合成纳米流体的缺点就是，制得的纳米流体不够稳定，还需要不断研究改善。

合成纳米流体后，需要对其稳定性、形貌、性质等进行表征。

表征纳米流体的方法主要有：通过扫描电镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对纳米颗粒大小及形貌进行表征，此方法需要将纳米颗粒分离，在分离过程中会造成纳米微粒形貌改变以及因为分子间的范德华力发生团聚现场。

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Ｖｏ１．３１Ｎｏ．１
Ｆｅｂ・２０１７
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３— ４８０７．２０１７．Ｏ１．０１０
纳米流体沸腾传热研究进展
姚寿广，董招生
ＬＢＭ模型模拟气泡产生、成长到脱离壁面的过程，对气泡的脱离直径和频率进行分析．最后展望纳米流体沸腾传热的发展
方向，
关键词：纳米流体；强化传热；沸腾换热；数值模拟
中图分类号：ＴＫ１７２．４文献标志码：Ａ文章编号：１６７３— ４８０７（２０１７）０１ — ００４９ —０６
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅ］ａｔｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｐｏｏｌｂｏｉｌｉｎｇａｎｄｌｏｆｗｂｏｉｌｉｎｇｉｎｔｈｅｒｅ — ｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｈｅａｔｌｕｆｘ，ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍａｒｅｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｔｈｅｅｘ－ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｂｏｉｌｉｎｇ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓａｒｅｂｒｉｅｌｙｆａｎａｌｙｚｅｄｗｈｙｔｈｅｎａｎｏｌｆｕｉｄｓｅｎｈａｎｃｅｏｒｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｃｏｍｐａｉｓｒｏｎｔｏｂａｓｅｆｕｉｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｒｅ・ｖｉｅｗｏｆｒｅｃｅｎｔｎｕｍｅｉｃｒａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｔｈｅｂｏｉｌｉｎｇｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｎａｎｏｌｕｆｉｄｓｂａｓｅｄｏｎＬＢＭ．ＷｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＬＢＭｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｗｔｈｏｆｂｕｂｂｌｅｓａｎｄｄｅｐａｒｔｕｒｅｆｒｏｍｔｈｅｗａｌｌａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｅｐａｒｔｕｒｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｒｅｌｅａｓｅｐｅｉｏｒｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｅｖｅｒａｌｔｏｐｉｃｓｗｏｔｈｒｙｏｆａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｏｒｆｕｔｕｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓａｒｅｉｄｅｎｔｉｉｅｆｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｌｆｕｉｄｓ，ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ｂｏｉｌｉｎｇｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
（ＳｃｈｏｏｌｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇＺｈｅｎｊｉａｎｇ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｂｏｉｌｉｎｇｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｎａｎｏｌｕｆｉｄｓ
ＹＡＯＳｈｏｕｇｕａｎｇ，ＤＯＮＧＺｈａｏｓｈｅｎｇ
（江苏科技大学能源与动力工程学院，镇江２１２００３）
摘
要：综述近年来纳米流体在池沸腾和流动沸腾传热领域的实验研究和数值模拟研究．实验包括纳米流体沸腾传热的
临界热流密度、沸腾换热系数以及换热机理方面的研究，并简要分析纳米流体强化或弱化沸腾传热的主要原因．数值模拟主要介绍格子玻尔兹曼方法（ＬａｔｔｉｃｅＢｏｈｚｍａｎｎＭｅｔｈｏｄ，ＬＢＭ）在纳米流体沸腾传热领域的最新研究进展，包括基于不同的
第３ｌ卷第１期
２０１７年２月
江苏科技大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）