新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制

1、新型高效納米磁流體熱管換熱新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制裝置的研制 匯報人：梁匯報人：梁 龍龍 文夢南文夢南 黃璟瑜黃璟瑜指導(dǎo)教師：張云峰、鄒新元指導(dǎo)教師：張云峰、鄒新元項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制 研究背景研究背景項目方案項目方案主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀一、研究背景一、研究背景 納米磁流體作為一種新型的傳熱介質(zhì)倍受關(guān)注，美國、日本、英國的學(xué)者對此開展了大量的實驗研究，我國很少對此進(jìn)行研究。它具有如下特性：項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制 具有

2、一般納米流體的強傳熱特性具有特殊的磁化特性磁場能使磁性流體自然對流的傳熱系數(shù)，受迫對流的傳熱系數(shù)，沸騰傳熱的傳熱系數(shù)大大提高。 納米磁流體能否做為一種新型傳熱介質(zhì)應(yīng)用于熱管來進(jìn)一步強化熱管的傳熱性能？ 1.本裝置實驗測量外加磁場對磁性納米流體及填充了該液質(zhì)的真空熱管傳熱的影響科學(xué)意義科學(xué)意義2.為熱管式工業(yè)換熱設(shè)備的開發(fā)研究提供一個方便的實驗平臺 2.研究意義研究意義一、研究背景一、研究背景3. 揭示磁場對磁性流體傳熱影響的機(jī)理。為今后磁性流體作為新型傳熱介質(zhì)在工程應(yīng)用打下理論基礎(chǔ)項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制現(xiàn)實意義現(xiàn)實意義開發(fā)高效

3、、緊開發(fā)高效、緊湊換熱器湊換熱器節(jié)能節(jié)能節(jié)材節(jié)材 2.研究意義研究意義一、研究背景一、研究背景項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制微電子領(lǐng)域微電子領(lǐng)域強化制冷強化制冷體積更小體積更小集成度更高集成度更高 3.創(chuàng)新意義創(chuàng)新意義一、研究背景一、研究背景創(chuàng)新意義創(chuàng)新意義提出一種用納米磁流體強化熱管換熱的新技術(shù)項目名稱項目名稱: :新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制項目項目方案方案1納米磁流納米磁流體的體的制備制備2納米磁流納米磁流體的實驗體的實驗測試測試3真空熱管真空熱管的的制作制作4納米磁流體在真空納米磁流

4、體在真空熱管中傳熱特性的熱管中傳熱特性的 實驗臺實驗臺設(shè)計設(shè)計5納米磁流體在真空納米磁流體在真空熱管中傳熱特性熱管中傳熱特性實驗測試實驗測試與分析與分析 1.納米磁流體的制備納米磁流體的制備二、項目方案二、項目方案（1）制作流程機(jī)械攪拌超聲波分散加SDBS和油酸 水基磁性流體 項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制納米級磁性顆粒+基液體（如水、酒精、油）（2）實驗裝置 納米流體制備系統(tǒng)圖恒溫超聲波分散器電 子 攪 拌器磁流體磁顆粒的制備圖片磁流體的制備圖片二、項目方案二、項目方案 1.納米磁流體的制備納米磁流體的制備項目名稱項目名稱:新型高效

5、納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制2真空表1壓力表3閥門4熱管5支架6真空泵納米流體制備系統(tǒng)圖21加液口2真空表5支架6真空泵4熱管3閥門納米流體制備系統(tǒng)圖1納米流體制備系統(tǒng)圖3項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制 2. 真空熱管的制作真空熱管的制作二、項目方案二、項目方案3. 換熱器的設(shè)計與制作實驗臺的構(gòu)造實驗臺的構(gòu)造主要主要1、熱管換熱系統(tǒng)、熱管換熱系統(tǒng)2、冷卻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)3、測量系統(tǒng)、測量系統(tǒng)4、加熱系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)5、加磁系統(tǒng)、加磁系統(tǒng)7、熱電偶13、熱管3、恒溫水裝置17、加磁線圈2、冷卻水進(jìn)口4 、

6、 流 量計16、保溫層5、加溫水進(jìn)口14、絕熱段1 、 換 熱器6 、 蒸 發(fā)段18、冷凝段15、冷卻水進(jìn)口11、計算機(jī)系統(tǒng)10、加溫水進(jìn)口12、直流調(diào)壓器9、支架8、熱電偶多路巡檢儀熱管測試裝置系統(tǒng)圖熱管測試裝置系統(tǒng)圖 4. 實驗臺的設(shè)計實驗臺的設(shè)計二、項目方案二、項目方案 5. 熱管傳熱性能的關(guān)鍵影響因素?zé)峁軅鳠嵝阅艿年P(guān)鍵影響因素二、項目方案二、項目方案項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制a)Fe3O4 納米顆粒（粒徑大小，濃度，分散情況等）。納米顆粒（粒徑大小，濃度，分散情況等）。b)外加磁場方向（與重力場方向的異同），強度。外加磁場

7、方向（與重力場方向的異同），強度。關(guān)鍵影響因素關(guān)鍵影響因素 1、磁場作用下的熱管傳熱性能實驗系統(tǒng)、磁場作用下的熱管傳熱性能實驗系統(tǒng)三、項目成果三、項目成果（左上圖，保溫層包裹下的熱管換熱裝置和加磁線圈；左下圖，溫濕度巡檢儀；右圖，（左上圖，保溫層包裹下的熱管換熱裝置和加磁線圈；左下圖，溫濕度巡檢儀；右圖， 實驗裝置整體實物圖）實驗裝置整體實物圖）項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制 2、不同方向磁場作用下的磁流體熱管的傳熱效果、不同方向磁場作用下的磁流

8、體熱管的傳熱效果三、項目成果三、項目成果圖1 外加沿軸向上磁場時磁流體熱管冷凝 段進(jìn)出口溫差 隨著磁場強度的增加，熱管的換熱性能先減小后增加，在磁場強度為134Gs時達(dá)到最小而后增加。分析原因是由于磁場方向與重力在熱管軸向的分力方向相反，磁流體的表觀密度隨著磁場強度的增加先減小而后增加，因此磁流體內(nèi)部的熱對流也隨之先減小后增強因而 導(dǎo)致熱管換熱性能的變化。 010203040506013.514.014.515.015.5t()時間(s) 0GS 41gs 134gs 194gs項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制 2、不同方向磁場作用下的

9、磁流體熱管的傳熱效果、不同方向磁場作用下的磁流體熱管的傳熱效果三、項目成果三、項目成果圖2 外加沿軸向下磁場時磁流體熱管冷凝 段進(jìn)出口溫差 隨著磁場強度的增加，熱管的換熱性不斷增強，磁場強度為134Gs時與不加磁場時相比換熱性能提高8%左右，分析原因是由于磁場方向與重力在熱管軸向的分力方向相同，熱管的表觀密度隨著磁場強度的 增加不斷增加，磁流體處于超重狀態(tài)，使磁流體內(nèi)部的熱對流得到強化因此熱管的換熱性能不斷增加。010203040506014.414.614.815.015.215.415.615.8t()時間(s) 0gs 41gs 92gs 134gs項目名稱項目名稱:新型高效納米磁流體熱

10、管換熱裝置的研制新型高效納米磁流體熱管換熱裝置的研制四、應(yīng)用前景四、應(yīng)用前景應(yīng)用前景應(yīng)用前景1、開發(fā)緊湊、高效的熱管換熱器、開發(fā)緊湊、高效的熱管換熱器2、強化電磁元件或電氣設(shè)備（如變壓器、大功率揚聲、強化電磁元件或電氣設(shè)備（如變壓器、大功率揚聲器）的散熱器）的散熱團(tuán)省委學(xué)校部部長廖梁輝對實驗指導(dǎo)工作團(tuán)省委學(xué)校部部長廖梁輝對實驗指導(dǎo)工作與國防科技大學(xué)學(xué)生進(jìn)行交流與國防科技大學(xué)學(xué)生進(jìn)行交流致謝致謝： 首先首先感謝李錄平教授、張云峰博士、鄒新元老感謝李錄平教授、張云峰博士、鄒新元老師三位導(dǎo)師的精心指導(dǎo)！師三位導(dǎo)師的精心指導(dǎo)！ 感謝湖南省能源清潔轉(zhuǎn)換與高效利用重點實驗感謝湖南省能源清潔轉(zhuǎn)換與高效利用重

11、點實驗室為實驗臺搭建提供的便利條件及大力支持。室為實驗臺搭建提供的便利條件及大力支持。 感謝化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院材料實驗室為實驗用感謝化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院材料實驗室為實驗用納米磁流體的配制給予的幫助。納米磁流體的配制給予的幫助。 并向各位關(guān)心本課題的學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和各位老師、并向各位關(guān)心本課題的學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和各位老師、同學(xué)深表感謝！同學(xué)深表感謝！ 參考文獻(xiàn)1 彭玉輝，黃素逸，黃棍劍. 熱管中添加納米顆粒J?；W(xué)報，2004，11:1768-17722 彭玉輝，黃素逸，黃棍劍. 納米顆粒強化熱虹吸管傳熱特性的實驗研究J。熱能動力工程，2005，2:138-1423 劉俊紅,顧建明,連之偉,劉輝. 水基磁性流

12、體豎直加熱棒下的池沸騰傳熱實驗研究J核動力工程, 2005,(01)4 熊建國,劉振華. 平板熱管微槽道傳熱面上納米流體沸騰換熱特性J中國電機(jī)工程學(xué)報, 2007,(23).5 陶楨,何慶楠,李衛(wèi)京,馮壘. 反光板對提高熱管真空管熱性能的研究J. 太陽能學(xué)報, 2003, (03).6. 張云峰，鄒新元，劉正強等. 磁場強化池內(nèi)油和水傳熱過程的實驗J. 熱科學(xué)與技術(shù)，2008，1。7 舒濤. 納米流體在圓管型絲網(wǎng)熱管中換熱強化的實驗研究D上海交通大學(xué), 2008.8 郭廣亮. 納米流體強化小型熱虹吸管換熱特性的實驗研究D上海交通大學(xué), 2007. 9 李強納米流體強化傳熱機(jī)理研究 J工程熱物理

13、學(xué)報，2005，21（4）：46747010.Shung一Wen Kang，Wei一Chiang Wei et al.EXPerimental inestigation of silver nano-fluid on heat PiPe thermal Performance，APPlied Thermal Engineering，vo1.26，No.17一18，P:2377一2382，Dec.，200611 李中洲納米技術(shù)在熱虹吸管中的應(yīng)用D華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.612 劉俊紅，顧建明，劉 輝等納米級固體顆粒應(yīng)用于熱管的試驗研究J核動力工程，2005，26(3)：2682711

14、3 Xinfang Li , Dongsheng Zhu, Xianju Wang. Evaluation on dispersion behavior of the aqueous copper nano-suspensions. Journal of Colloid and Interface Science 310 (2007) 45646314 Dong-Wook Oh , Ankur Jain , John K. Eaton , Kenneth . Goodson , Joon Sik Lee. Thermal conductivity measurement and sedimentation detection of aluminum oxide nanofluids by using the 3x method. International Journal of Heat and Fluid Flow 29 (2008)