【摘 要】
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能源是经济和社会发展的动力,近年来随着我国经济的飞速发展,人们的生活水平逐渐提高,导致能源的消耗日益增加。以水、导热油等传统流体为工质的电暖器具有起热慢、能耗高、加热效率低和经济性差等缺点。纳米流体是由直径为纳米量级的固体颗粒、基液(媒介)以及表面活性剂三者混合制成的一种均匀稳定的新型换热工质,在能源、汽车、医疗、化工和微型电子等领域均具有广泛的应用前景。国内外诸多学者长期从事纳米流体强化传热研究
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No.51576059);
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能源是经济和社会发展的动力,近年来随着我国经济的飞速发展,人们的生活水平逐渐提高,导致能源的消耗日益增加。以水、导热油等传统流体为工质的电暖器具有起热慢、能耗高、加热效率低和经济性差等缺点。纳米流体是由直径为纳米量级的固体颗粒、基液(媒介)以及表面活性剂三者混合制成的一种均匀稳定的新型换热工质,在能源、汽车、医疗、化工和微型电子等领域均具有广泛的应用前景。国内外诸多学者长期从事纳米流体强化传热研究工作。本文采用两步法制备了不同纳米颗粒和基液的纳米流体,通过物理方法和化学方法来提高纳米流体的稳定性。物理方法主要有机械搅拌法和超声法,化学方法主要是向溶液中添加表面活性剂。测量了Fe3O4-水纳米流体的导热系数和粘度,分析了纳米流体浓度(质量分数)和温度对导热系数和粘度的影响。利用保温材料搭建了小型封闭实验系统,将不同的基液和纳米流体分别充入电暖器中进行升温实验,研究了不同换热工质下电暖器的加热效率。将条形磁铁封装在电暖器中,研究了磁场作用下,磁流体作为换热工质时电暖器的加热效率。结果表明,纳米流体浓度相同时,Cu-水纳米流体为工质时,电暖器的加热效率最高,Mg O-水纳米流体和Al2O3-水纳米流体次之,Si O2-水纳米流体为工质时,电暖器的加热效率最低。不同种类纳米流体为工质时,电暖器的加热效率均大于基液。使用Cu、Mg O、Cu O和Si O2纳米颗粒配制而成的纳米流体作为电暖器换热工质时,电暖器的加热效率随纳米流体浓度的增加单调递增。使用Fe3O4和Al2O3纳米颗粒配制的纳米流体作为电暖器的换热工质时,电暖器的加热效率随纳米流体浓度的增加呈现非单调递增趋势。本文对电暖器模型进行了简化,利用ANSYS FLUENT 18.0软件对电暖器的简化模型进行了模拟,探究了纳米流体强化电暖器传热的机理。国内外学者虽然对纳米流体强化传热进行了大量研究,但纳米流体在电暖器中的应用研究较少,以电暖器等电加热结构为代表的生活电器,极大地影响着每个家庭对节能减排的贡献度和参与度,本研究可以为高热流密度的散热装置及高效换热装置的设计与开发提供指导。
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