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纳米流体强化小型热虹吸管换热特性的实验研究

作　者: 郭广亮
导　师: 刘振华
学　校: 上海交通大学
专　业: 工程热物理
关键词: 纳米流体热虹吸管强化换热临界热流密度沸腾换热
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

近年来,热管得到越来越多的应用,对热管的研究也得到人们的广泛关注。研究人员提出各种不同的方法以提高热管的传热效率,例如优化热管结构,在热管内部加分流管、开孔抑泡管、溢流同心导管等,这些措施在一定程度上对热管的传热效率起到很好的强化作用。本文从另一个角度出发,未改变热管结构,而是采用一种新型传热冷却工质——纳米流体作为热管工质,实验研究纳米流体对小型热虹吸管的强化换热作用。本研究以一根小型两相闭式热虹吸管为研究对象,考察纳米颗粒悬浮液浓度、颗粒种类、热管运行压力对热虹吸管传热效率的影响。此外,还考察了采用纳米颗粒悬浮液为工质后,对热虹吸管传热极限的影响。通过试验及计算得出各种实验条件下热虹吸管蒸发段q-△T、he-q、hc-q、q_max-ω等关系曲线图等,进而比较纳米颗粒悬浮液取代去离子水后,热虹吸管换热性能的优劣。本试验工质有3种:去离子水、CuO纳米颗粒悬浮液和碳纳米管颗粒悬浮液。实验相关参数为:实验压力有7.45 kPa,12.38 kPa,19.97 kPa和大气压4种,对应的工质饱和温度分别为;40℃、60℃、80℃和100℃。工质CuO纳米颗粒悬浮液浓度为0.1wt%、0.5wt%、1.0wt%、2.0wt%,碳纳米管颗粒悬浮液为1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%、2.5wt%。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题的提出  12-14
  1.2 研究目的和意义  14-15
  1.3 本文的研究对象和方法  15-16
  1.4 本文所做的工作  16-18
第二章热管的工作原理及发展  18-28
  2.1 热管概述  18-20
  2.2 热虹吸管的特点和传热机理  20-27
    2.2.1 热虹吸管的特点  20-21
    2.2.2 热虹吸管的传热机理  21-22
    2.2.3 冷凝段的传热  22-23
    2.2.4 蒸发段的传热  23-24
    2.2.5 热虹吸管的传热极限  24-27
      2.2.5.1 携带极限  24-25
      2.2.5.2 沸腾极限  25-26
      2.2.5.3 干涸极限  26-27
  2.3 小结  27-28
第三章纳米流体及在传热学中的应用  28-57
  3.1 纳米流体简介  28
  3.2 纳米流体的制备  28-29
  3.3 纳米流体在传热学中的应用  29-45
    3.3.1 纳米流体应用于导热  29-33
    3.3.2 纳米流体应用于对流换热  33-39
    3.3.3 纳米流体应用于沸腾换热  39-45
  3.4 碳纳米管应用于换热  45-49
  3.5 纳米流体应用于热管  49-55
  3.6 小结  55-57
第四章实验装置及设备  57-73
  4.1 实验装置系统图  57-58
  4.2 数据采集系统  58-59
  4.3 两相闭式热虹吸管系统  59-60
  4.4 热虹吸管充液系统  60-61
  4.5 试验可行性分析  61-64
  4.6 实验准备  64-66
  4.7 纳米流体制备  66-68
  4.8 实验说明  68-69
  4.9 实验步骤  69-70
  4.10 误差分析  70-72
    4.10.1 壁面温度及蒸汽饱和温度误差分析  70-71
    4.10.2 压力误差分析  71
    4.10.3 热流密度误差分析  71
    4.10.4 换热系数误差分析  71-72
  4.11 设备列表  72-73
第五章实验结果及分析  73-99
  5.1 CuO纳米流体热虹吸管壁面温度分布比较  73-75
  5.2 CuO纳米流体对热虹吸管沸腾换热特性的影响  75-83
    5.2.1 浓度对热虹吸管沸腾换热的影响  75-79
    5.2.2 纳米流体浓度对热虹吸管CHF的影响  79-80
    5.2.3 压力对热虹吸管换热系数的影响  80-81
    5.2.4 压力对热虹吸管CHF的影响  81-83
  5.3 CNTs纳米流体对热虹吸管沸腾换热特性的影响  83-95
    5.3.1 CNTs纳米流体热虹吸管壁面温度分布  83-86
    5.3.2 浓度对热虹吸管蒸发段沸腾换热的影响  86-90
    5.3.3 碳纳米管对冷凝段换热特性的影响  90-92
    5.3.4 碳纳米管纳米流体对热虹吸管热阻的影响  92-93
    5.3.5 碳纳米管颗粒浓度对热虹吸管CHF的影响  93
    5.3.6 压力对热虹吸管换热系数的影响  93-94
    5.3.7 压力对热虹吸管CHF的影响  94-95
  5.4 CuO纳米流体与CNTs纳米流体的对比  95-97
    5.4.1 两种颗粒悬浮液对换热系数的影响  95-97
    5.4.2 两种颗粒悬浮液对临界热流密度的影响  97
  5.5 小结  97-99
第六章总结与今后工作展望  99-103
  6.1 实验总结  99-101
    6.1.1 氧化铜（CuO）纳米流体的实验总结  100
    6.1.2 单壁碳纳米管（SWNT）纳米流体的总结  100-101
  6.2 本论文总结  101-102
  6.3 进一步研究的展望  102-103
参考文献  103-108
致谢  108-109
攻读学位期间发表和已录用的学术论文  109-112

纳米流体强化小型热虹吸管换热特性的实验研究

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