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纳米流体—新型铜丝热管换热特性的实验研究

作　者: 马琦
导　师: 刘振华
学　校: 上海交通大学
专　业: 工程热物理
关键词: 纳米流体铜丝平板热管不锈钢丝网最大热流密度
分类号: TK172.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文对铜丝平板热管和铜丝丝网平板热管的传热特性进行了实验研究,着重分析了不同工作压力、不同工质及纳米流体浓度、充液率、轴向温度分布、最大传热量、总热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数的影响。铜丝平板热管的实验结果表明:一、在铜丝平板热管中,去离子水的换热能力和最大热流密度均要好于乙醇;在去离子水中加入20nmCu纳米颗粒形成的水基纳米流体后,能够很好的强化热管的换热能力,并提高其最大热流密度。二、实验发现水基纳米流体存在一个最佳浓度1.0wt%,当添加的纳米颗粒小于这一最佳浓度时,换热系数随浓度的增加而增加;浓度达到最佳之后,换热系数达到最大值;之后随着纳米颗粒浓度的进一步增加,换热特性发生恶化。三、在三种水基纳米流体换热特性的比较中,20nmCu纳米流体的换热能力要优于50nmCu和CuO纳米流体,更能够显著强化热管的换热能力。四、与在水中添加纳米颗粒类似,在乙醇中加入纳米颗粒后也能很好的强化热管换热能力和最大热流密度。铜丝平板热管的实验之后,在铜丝平板热管内的铜丝表面铺设一层1mm厚,300目的不锈钢丝网,进行铜丝丝网平板热管换热特性的研究。铜丝丝网平板热管的实验结果表明:与铜丝平板热管相似,在铜丝丝网平板热管中,在去离子水中添加了20nmCu纳米颗粒后,纳米流体的换热性能和最大热流密度要明显好于去离子水。实验中也存在一个最佳浓度1.0wt%。在两种平板热管,即铜丝热管和铜丝丝网热管的比较中发现,后者的壁温分布更加均匀,蒸发段壁温比前者低,冷凝段壁温比前者高。后者的热管热阻也比前者明显降低,以水为工质时平均降低了20%左右;后者的热流密度与前者相比也有明显增加。研究结果表明,纳米颗粒悬浮液在低压下运行,可以显著提高两热管的换热特性;纳米流体是一种适用于平板热管的新型工质。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-44
  1.1 课题的提出  12-14
  1.2 热管的工作原理及发展现状  14-28
    1.2.1 热管简介  14
    1.2.2 热管的工作原理  14-16
    1.2.3 热管的传热极限  16-20
    1.2.4 平板热管国内外研究进展  20-28
  1.3 纳米流体及研究进展  28-42
    1.3.1 纳米科技发展史  28-29
    1.3.2 纳米粒子的性质  29-30
    1.3.3 纳米粒子的强化传热机理  30-33
    1.3.4 纳米颗粒的分散  33-35
    1.3.5 纳米流体的制备  35-36
    1.3.6 纳米流体的导热  36-40
    1.3.7 纳米流体热管国内外研究进展  40-42
  1.4 本课题研究的主要内容  42-44
第二章实验装置和实验方法  44-60
  2.1 实验装置  44-52
    2.1.1 实验装置系统图  44-45
    2.1.2 两种平板热管的截面结构示意图  45-49
    2.1.3 数据采集系统  49-51
    2.1.4 充液及抽气系统  51-52
  2.2 实验方法  52-57
    2.2.1 实验前的准备工作  52-55
    2.2.2 实验说明  55-56
    2.2.3 实验步骤  56-57
  2.3 误差分析  57-60
    2.3.1 仪器误差.  57-58
    2.3.2 热电偶校正误差  58
    2.3.3 壁面温度及蒸汽饱和温度误差分析  58
    2.3.4 压力误差分析  58
    2.3.5 热流密度误差分析  58-59
    2.3.6 换热系数误差分析  59-60
第三章铜丝平板热管实验结果和分析  60-81
  3.1 纯工质（去离子水和乙醇）的换热特性  60-65
    3.1.1 充液率对热管总热阻的影响  60-61
    3.1.2 两种工质中热管的轴向壁温分布  61-63
    3.1.3 饱和温度对换热系数的影响  63-64
    3.1.4 最大热流密度的比较  64-65
  3.2 水基20nmCu 纳米流体的换热特性  65-75
    3.2.1 浓度对换热系数的影响  65-68
    3.2.2 浓度对最大热流密度的影响  68-71
    3.2.3 压力对换热系数的影响  71-72
    3.2.4 压力对最大热流密度强化率的影响  72-73
    3.2.5 三种纳米流体换热特性的比较  73-75
  3.3 乙醇基20nmCu 纳米流体的换热特性  75-79
    3.3.1 饱和温度对换热系数的影响  75-78
    3.3.2 饱和温度对最大热流密度的影响  78-79
  3.4 小结  79-81
第四章铜丝丝网平板热管实验结果和分析  81-97
  4.1 水和水基纳米流体的换热特性的比较和分析  81-90
    4.1.1 两种工质热管的轴向壁温分布  81-83
    4.1.2 浓度对换热系数的影响  83-86
    4.1.3 浓度对最大热流密度的影响  86-88
    4.1.4 压力对换热系数的影响  88-89
    4.1.5 压力对最大热流密度强化率的影响  89-90
  4.2 铜丝热管和铜丝丝网热管换热性能的比较和分析  90-95
    4.2.1 以水为工质的两种热管的换热特性的比较  90-93
    4.2.2 以水基纳米流体为工质的两热管换热特性比较  93-95
  4.3 小结  95-97
第五章工作总结与展望  97-101
  5.1 本文研究内容总结  97-99
    5.1.1 铜丝平板热管的内容总结  97-98
    5.1.2 铜丝丝网热管的内容总结  98-99
  5.2 课题的主要创新点  99
  5.3 进一步研究的展望  99-101
参考文献  101-105
符号与标记（附录1）  105-107
实验仪器列表（附录2）  107-108
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  108

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