毕业论文课题相关文献综述
文献综述
1.背景意义
随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出[1,2]，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子，由于固体粒子的导热系数比液体大几个数量级，因此，悬浮有固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大许多。自从Maxwell[3]理论发表以来，许多学者进行了大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论和实验研究，并取得了一些成果。然而，这些研究都局限于用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，由于这些毫米或微米级粒子在实际应用中容易引起热交换设备磨损及堵塞等不良结果，而大大限制了其在工业实际中的应用。
自20世纪90年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等[4]提出了一个崭新的概念纳米流体，即将1~100 nm 的金属或者非金属粒子悬浮在基液中形成稳定悬浮液，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性研究。研究表明[5-7]，在液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数，提高热交换系统的传热性能，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景。由于纳米材料的小尺寸效应，其行为更接近于液体分子，不会像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果。因此，与在液体中添加毫米或微米级粒子相比，纳米流体更适于实际应用。
2．国内外研究现状
2.1 国外研究状况
在Choi 提出了纳米流体的新概念后，Argonne国家实验室的研究小组Eastman等人[8]采用气相沉积法制备了CuO-水、Cu-机油、Al2O3-水等几种纳米流体，完成了纳米流体制备。Eastman等采用瞬态热线法测量了上述纳米流体的导热系数，实验结果表明：纳米流体的导热系数随纳米粒子的体积分数的增加而增大。随后，Argonne 国家实验室的研究小组[9]又测量了几种悬浮有金属氧化物纳米粒子的纳米流体的导热系数，讨论了纳米粒子种类对纳米流体导热系数的影响。Eastman 等人[10]又采用气相沉积法制备了Cu-乙二醇纳米流体，发现其导热系数远大于CuO-乙二醇及纯乙二醇的导热系数，再次验证了纳米粒子的属性是影响纳米流体导热系数的一个重要因素。Pak 和Choi[11]分别测试了γ- A12O3-水(粒径13nm) 和TiO2-水(粒径27nm) 两种纳米流体在管内湍流状态下的对流换热系数和阻力系数，研究了纳米流体在流动状态下的传热性能。得出结论：在相同的雷诺数下，纳米流体的管内对流换热系数明显比纯水的大很多；但应该指出，两种纳米流体的粘度增加的比例远大于对流换热系数增加的比例，可以选用高导热系数且粒径相对大的纳米粒子来减少粘度增加的比例。美国普渡大学的Xu和Choi合作[12]，采用稳态平板法测量了纳米CuO、γ- A12O3的水基、乙二醇基以及油基纳米流体的导热系数和粘度（CuO: 23nm，γ-Al2O3 :28nm），完成了对纳米流体物性参数的实验测量。Keblinski与Choi等[13]分析了纳米颗粒在基液中的布朗运动、纳米颗粒表面吸附的薄液层、纳米颗粒内部热载子弹性散射以及纳米颗粒团聚等四个方面因素对纳米流体导热系数强化的作用机理。Choi[14]对Maxwell关系式进行了修正,计算分析了Cu-乙二醇纳米流体的导热系数，由于模型只考虑了液固界面粒子吸附作用,需要进一步改进模型。
以上的研究工作显示了国外在纳米流体强化传热领域的研究进展，包括纳米流体制备、纳米流体输运参数测定和纳米流体传热性能测试，正在开展纳米流体强化传热机理以及应用基础的研究工作。
2.2 国内研究状况
国内关于纳米流体应用于强化传热领域的研究比较少[15-17]。南京理工大学热能工实验室开展了纳米流体研究工作：制备了CuO-水和Cu-变压器油等各种纳米流体运用瞬态热线法测试了上述纳米流体的导热系数，并运用布朗运动理论和分形理论建立纳米流体的导热系数模型，提出了预测纳米流体的导热系数的公式；测量了Cu-水纳米流体的管内对流换热系数，提出了计算悬浮有金属纳米粒子的纳米流体对流换热系数的关联式；运用Lattice-Boltzmann方法，建立了纳米流体流动和传热两相模型，计算模拟了纳米流体的流动过程和能量传递过程。制备了新型航天用传热冷却工质纳米流体，定量分析了其强化传热的性能。文献[18]利用准稳态法测量纳米颗粒悬浮液热物性。文献[19]进行了纳米流体热导率和粘度的分子动力学模拟计算，从研究系统的微观状态一分子之间的相互作用出发，利用统计方法得到整个系统的宏观性质。
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