基于微混合對流熱傳導效應的納米流體有效熱導率分析.pdf

1、“Nanofluids”——納米流體，自上世紀九十年代以來，以其優(yōu)異的導熱性能得到了全世界科學家和工程人員的廣泛關注。相比于傳統(tǒng)的微米級兩相混合液，納米流體不但具備更為出色的導熱效果，而且由于所含的粒子尺寸極小在流動過程中不易與壁面發(fā)生摩擦、出現(xiàn)沉淀堵塞管道等優(yōu)點，因而從節(jié)能角度而言，納米流體將成為新一代優(yōu)良的冷卻工質(zhì)。
　　 本文系統(tǒng)回顧了納米流體相關的基礎知識，分析了當前納米流體熱導率研究的國際國內(nèi)進展。在此之上，我們重點分

2、析了引起納米流體熱導率異常提高的主要因素，并建立相關模型。
　　 基于界面層厚度效應和熱阻效應，我們進一步分析納米顆粒由于做布朗運動從而在周圍液體分子區(qū)域中引起的微混合對流熱傳導效應，通過引入納米流體組元的特征尺寸比，合理的描繪了納米粒子引起的微混合對流熱傳導效應的范圍。
　　 本模型將納米流體的有效熱導率描繪成納米粒子的尺寸、體積份額、熱導率，液體的分子尺寸、熱導率、運動黏度、平均分子自由程、定壓比熱，界面熱阻和界面層

3、厚度以及體系溫度的函數(shù)。該模型比較全面的反映了可能影響納米流體有效熱導率提高的多種因素。
　　 通過對模型進行分析我們得出以下幾個結論：
　　 (1)納米流體有效熱導率隨著納米粒子體積份額增大而顯著增加，但是兩者間成非線性增長關系。
　　 (2)納米流體有效熱導率隨著納米粒子尺寸減小而顯著增加，但是根據(jù)對模型的作圖分析可知：這種異常增加現(xiàn)象暗示著納米顆粒存在著臨界尺寸。當納米顆粒的尺寸顯著小于臨界尺寸時，納米流體

4、的有效熱導率隨著納米顆粒的尺寸減小而顯著增大；當納米顆粒的尺寸顯著大于臨界尺寸時，納米流體的有效熱導率隨著納米顆粒的尺寸增大而無明顯變化，并且此時體系的有效熱導率能被描述宏觀兩項混合物有效熱導率的Maxwell模型和H-C模型所描述。
　　 (3)當納米顆粒尺寸小于某個范圍時，納米流體有效熱導率隨著界面層厚度增加而顯著減小。這個結論看似令人匪夷所思，實際上在意料之中。該現(xiàn)象不僅反映出固體材料隨著尺寸急劇減小其熱導率會迅速減小，還