基于微混合对流热传导效应的纳米流体有效热导率分析

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1、华中科技大学硕士学位论文基于微混合对流热传导效应的纳米流体有效热导率分析姓名：王春永中请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：郁伯铭20070607“Nanofluids”纳米流体，自上世纪九十年代以来，以•其优异的导热性能得到了全世界科学家和工程人员的广泛关注。相比于传统的微米级两相混合液，纳米流体不但具备更为出色的导热效果，而且曲于所含的粒子尺寸极小在流动过程中不易与壁面发生摩擦、出现沉淀堵塞管道等优点，因而从节能角度而言，纳米流体将成为新一代优良的冷却工质。本文系统凹顾了纳米流体相关的基础知识，分析了当前纳米流体

2、热导率研究的国际国内进展。在此Z上，我们重点分析了引起纳米流体热导率异常提高的主要因索，并建立相关模型。基于界面层厚度效应和热阻效应，我们进一步分析纳米颗粒由于做布朗运动从而在周围液体分子区域中引起的微混合对流热传导效应，通过引入纳米流体组元的特征尺寸比，合理的描绘了纳米粒子引起的微混合对流热传导效应的范围。本模型将纳米流体的有效热导率描绘成纳米粒了的尺寸、体积份额、热导率，液体的分子尺寸、热导率、运动黏度、平均分子自由程、定压比热，界面热阻和界面层厚度以及体系温度的函数。该模型比较全面的反映了可能影响纳米流体有效热导率

3、提高的多种因素。通过对模型进行分析我们得出以下几个结论：(1)纳米流体有效热导率随着纳米粒了体积份额增大而显著增加，但是两者间成非线性增长关系。(2)纳米流体有效热导率随着纳米粒子尺寸减小而显著增加，但是根据对模型的作图分析可知：这种异常增加现象暗示着纳米颗粒存在着临界尺寸。当纳米颗粒的尺寸显著小丁•临界尺寸时，纳米流体的有效热导率随着纳米颗粒的尺寸减小而显著增大；当纳米颗粒的尺寸显著大于临界尺寸时，纳米流体的有效热导率随着纳米颗粒的尺寸增人而无明显变化，并且此时体系的冇效热导率能被描述宏观两项混合物有效热导率的Maxw

4、ell模型和H・C模型所描述。（3）当纳米颗粒尺寸小于某个范围时，纳米流体冇效热导率随着界面层厚度增加而显著减小。这个结论看似令人匪夷所思，实际上在意料之屮。该现象不仅反映出固体材料随着尺寸急剧减小其热导率会迅速减小，还说明随着纳米粒子尺寸减小，在同液交界层处的声子散射迅速加强，界而热阻作用凸现。（4）纳米流体有效热导率随着体系温度升高而显著增加，且这种增长关系为非线性增长。通过与现有实验结果进行比较，两者间的较好一致性佐证了上述结论的正确性，同时也反映岀本模型在解释纳米流体热导率异常捉高方而的冇效性。关键词：纳米流体，

5、有效热导率，界面层厚度，界面热阻，微混合对流传导效应,温度效应，纳米尺度效应，两相纳米流体特征组元尺寸比Abstract"Nanofluids"withexcellentheattransferperformanceisattachedmuchattentiontobyscientistsandengineersallovertheworldsincethe1990s・Comparedwithtraditionalmicro-fluidsintwophase,nanofluidswithlesssizeparticles

6、notonlydoesbetterinheattransferringbutalsoavoidsjammingthepipewithrarefrictionwiththesurfaceofpipeandlessdeposition.Sonanofluidsownmorepotentialtobethenextgenerationrefrigerantfromthepointofenergy-saving・Thispaperreferstosystemicinformationaboutnanofluidsandanaly

7、zesformeranduptodatedevelopmentofresearchhomeandaboard.Onthebasisofthose,westresstheanalysisofprimaryfactswhichmayaffectthermalconductionofnanofluids,andproposeourmodel.Onthebasisoftheroleofintcrfacialthicknessandkapitzaresistance,wcfurtheranalyzetheeffectofmicro

8、-mixingconvection-conductioncausedbyBrownianmovementofnanoparticlesontheadjacentliquidarea,andrationallyintroducethecharacteristicratioofsizeoftwocomponentsofn