石墨烯纳米流体的制备和换热特性研究

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1、硕士学位论文石墨烯纳米流体的制备和换热特性研究HEATTRANSFERCHARACTERISTICSSTUDYOFSELF-PREPAREDGRAPHENENANOFLUIDS李天宇哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：536.4密级：公开工学硕士学位论文石墨烯纳米流体的制备和换热特性研究硕士研究生：李天宇导师：何玉荣教授申请学位：工学硕士学科：热能工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:T

2、K124U.D.C.:536.4DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringHEATTRANSFERCHARACTERISTICSSTUDYOFSELF-PREPAREDGRAPHENENANOFLUIDSCandidate：LiTianyuSupervisor：Prof.HeYurongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ThermalEnergyEngineeringAffiliation：Scho

3、olofEnergyScience&EngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来纳米流体领域吸引了大量学者广泛的关注，这是由于这种新型的传热工质具有高导热系数等优点，这在传热研究中具有重要的意义。目前，已有的大量研究主要集中在纳米流体的制备、稳定性以及物性参数等方面。本文在此基础上制备了石墨烯这种高导热系数的新型材料，加入分散剂配制得到了石墨

4、烯-乙醇纳米流体；同时，采用数值模拟的方法研究了石墨烯-乙醇纳米流体自然对流以及沸腾换热特性。本文第二章中采用超声剥离石墨的方法制备了石墨烯固体粉末，应用拉曼光谱以及透射电镜对材料进行了表征，表征结果表明所制备的石墨烯固体结构稳定，缺陷较少。进而配制得到了能够长时间保持稳定均一的石墨烯-乙醇纳米流体，对纳米流体的导热特性、流变特性以及润湿性进行了测试。测试结果表明，当石墨烯的体积份额增大，纳米流体的导热系数也不断增大，其中体积份额为0.1%的石墨烯纳米流体与纯乙醇相比提升了10%；纳米流体的粘度随着石墨烯体积份额的增

5、大而增大，流变特性与牛顿流体的性质吻合良好，表明所得纳米流体为牛顿流体。当纳米流体体积份额增大，其表面张力也随之变大，界面接触角也随之变大。对流换热和沸腾换热是流体传热领域中常见的两种换热形式，在验证数值模拟方法准确性后，本文第三章采用层流模型模拟了方腔中的自然对流，以体积分数为变量，研究了纳米流体的自然对流现象。结果表明纳米流体能够提高基液的对流换热性能，石墨烯体积份额越高，对流换热系数提升的幅度越大，颗粒份额为0.1%的石墨烯纳米流体其对流换热系数相比于纯乙醇提升了12%。本文第四章采用欧拉-欧拉双流体模型研究了

6、纳米流体的池沸腾现象，结果表明纳米流体能够提升基液的沸腾换热性能，这种提升幅度随着石墨烯体积份额的增大呈现出先增大后减小的趋势，这是由于纳米流体体积份额越大时，纳米流体粘度的增大引起的沸腾恶化作用越来越明显，抵消了一部分纳米流体导热系数提升带来的强化换热效果。关键词：纳米流体；石墨烯；数值模拟；自然对流；沸腾换热-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractNanofluidsasanewheattransferworkingsubstancehavingalreadyattractedsignificanta

7、ttentionrecentyearshavethesuperioritysuchashighthermalconductivityetc.,whichisofgreatsignificanceintheresearchofheattransfer.Mostoftheexistingresearchconcentratesuponhowtopreparethenanofluids,howtokeepitstable,andthephysicalpropertyofnanofluids.Thesynthesisofth

8、enewgraphenematerialwhichhasthecharacteristicsofhighheattransmissioncoefficientwasreportedinthispaper.Afterthat,thegraphene-ethanolnanofluidswereobtainedwherethePolyvinylPyr