泡沫金屬附壁熱管納米流體強(qiáng)化傳熱性能研究及應(yīng)用.pdf

1、熱管作為一種高效的傳熱元件，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。隨著納米流體和泡沫金屬在強(qiáng)化傳熱技術(shù)方面應(yīng)用的快速發(fā)展，越來(lái)越多研究學(xué)者將其應(yīng)用于熱管，以提高熱管的傳熱效率。由于熱管具有較好的均溫性，可以將其用于攪拌摩擦焊焊接溫度場(chǎng)的改善，從而提高焊接接頭的質(zhì)量。以此為背景，本文用掃描電鏡（SEM）和超景深顯微鏡分別對(duì)燒結(jié)多孔金屬、泡沫金屬和絲網(wǎng)金屬進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)和形貌分析，用壓汞法和浸泡法表征了其孔徑和孔隙率，并計(jì)算了其理論毛細(xì)抽吸力。用“兩步法”

2、配制了分別以水、乙醇和乙二醇為基液的Al2O3、CuO和SiO2納米流體，用沉降法研究其懸浮穩(wěn)定性，并探究添加陰、陽(yáng)離子表面活性劑對(duì)其穩(wěn)定性影響。同時(shí)，對(duì)比了三種納米流體的導(dǎo)熱性，用熱重差熱聯(lián)用儀測(cè)量了以去離子水為基液的Al2O3、CuO和SiO2納米流體潛熱值和熱重，并用毛細(xì)管法定性的對(duì)比了其粘度。在此研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)以納米流體為工質(zhì)的銅絲網(wǎng)與泡沫銅吸液芯熱管，并對(duì)不同熱管的傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過(guò)對(duì)熱管傳熱特性研究，設(shè)計(jì)了不同規(guī)

3、格的平板熱管用于攪拌摩擦焊，初步探究其對(duì)攪拌摩擦焊焊接溫度場(chǎng)改善情況。
　　對(duì)多孔材料的研究表明，燒結(jié)多孔材料靠燒結(jié)顆粒堆垛形成不規(guī)則的孔徑，孔徑小且孔徑范圍大。由于半通孔較多，導(dǎo)致其孔隙率較低；多孔泡沫金屬孔隙率高，孔徑范圍大，小孔徑可以提供大的毛細(xì)抽吸力，大的孔徑可以保證較高滲透率；孔洞相互連通，存在許多方向性的孔洞，有利于增加工質(zhì)流動(dòng)的擾動(dòng)。
　　對(duì)納米流體的穩(wěn)定性研究表明，乙二醇作為基液穩(wěn)定性最好，去離子水為基液時(shí)穩(wěn)

4、定性最差；而在水基納米流體中，CuO-水納米流體穩(wěn)定性最差，SiO2-水及Al2O3-水的穩(wěn)定性較好；適量的表面活性劑可以顯著提高水基納米流體的懸浮穩(wěn)定性，且陽(yáng)離子活性劑HTAB的作用優(yōu)于陰離子活性劑SDBS。
　　納米流體的導(dǎo)熱性能實(shí)驗(yàn)表明，不同基液中，Al2O3-乙醇導(dǎo)熱性最好，Al2O3-水導(dǎo)熱性最差；而在水基納米流體中, Al2O3-水納米流體和CuO-水納米流體導(dǎo)熱性比SiO2-水納米流體好。納米流體的潛熱值隨著納米流體

5、濃度升高而變小，相變溫度隨著納米流體濃度的升高而降低，熱重曲線表明其質(zhì)量變化速率則隨納米流體濃度的升高而升高。粘度實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，相同溫度下納米流體的粘度隨著納米流體濃度升高而變大，即CuO-水納米流體的粘度最小，其次是A12O3-水納米流體，粘度最大的是SiO2-水納米流體。
　　熱管性能測(cè)試表明，相比于銅絲網(wǎng)吸液芯，泡沫銅吸液芯可以提高熱管的均溫性和傳熱極限，降低熱管的工作溫度；對(duì)比去離子水工質(zhì)，納米流體工質(zhì)可以提高的熱管的蒸發(fā)