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原文传递氧化铝纳米流体在发动机油冷器中的强化传热研究

论文题名：	氧化铝纳米流体在发动机油冷器中的强化传热研究
关键词：	车用换热器;冷却介质;纳米流体;强化传热
摘要：	车用发动机冷却液是车辆热管理系统中的重要传热介质，随着发动机功率密度的提高和关键零部件热负荷的增大，急需改善冷却液的性能以促进冷却系统的高效化、紧凑化和轻型化，提高发动机热效率，降低油耗和改善排放。纳米流体作为基于纳米技术的新型传热介质，凭借高于纯液体的导热能力、优于毫、微米粒子悬浮液的稳定性和较好的抗沸抗蚀性能，在新一代车辆热管理系统中具有诸多应用优势。　　本文以纳米流体在发动机油冷器中的强化传热为主题，主要开展了下述工作：⑴车用纳米流体的制备和主要热物性测试以氧化铝为纳米粒子材料、丙二醇为主要基础液体，借助稳定剂和超声波分散技术制备成了氧化铝-混合型基液纳米流体，并测试了热导率、比热容、热扩散率和粘度。⑵发动机油冷器换热单元中纳米流体流动传热实验研究以发动机油冷器换热单元为对象建立了冷-热介质对流换热实验系统，分析了粒子体积浓度、雷诺数和流速对纳米流体流动传热特性的影响。⑶发动机油冷器换热单元中纳米流体流动传热数值仿真在标准湍流模型的基础上，分别采用连续相和离散相模型对纳米流体在发动机油冷器换热单元中的流动传热特性进行了数值仿真，并在此基础上分析了纳米流体强化传热的微观机制。⑷发动机油冷器整体结构中纳米流体强化传热实验研究建立了发动机油冷器传热性能实验系统，测试了纳米流体在发动机油冷器整体结构中的传热性能，并与常规冷却介质进行了对比，以验证纳米流体的强化传热效果。　　本研究通过上述工作，获得了以下主要结论：①添加纳米粒子能够增强混合型基础液体的导热能力；纳米流体的热导率、比热容和热扩散率均随温度升高而升高；纳米流体的粘度大于混合型基础液体，并随温度升高而骤减。②随着纳米粒子体积浓度的增加，油冷器换热单元中纳米流体的传热性能逐渐提高，纳米粒子的加入能够在相同的流动阻力下强化混合型基础液体的传热能力。③与连续相模型相比，离散相模型能够更好地反映纳米流体的流动传热特性；纳米粒子改变了混合型基础液体的热物理性质和流动特性，改善了速度场和温度场的协同性，从而强化了纳米流体在换热单元中的传热性能。④添加纳米粒子能够明显增强混合型基础液体在发动机油冷器整体结构中的传热能力；纳米流体的传热能力随粒子体积浓度、流体质量流量和冷、热介质温差的增大而增大，并且在浓度大于3％时超过了乙二醇型防冻液；较高的工作温度能在显著提升纳米流体传热性能的同时大幅降低流动阻力。⑤制备了新型车用纳米流体冷却液，研究了其主要热物理性质和流动传热性能，为纳米流体在新型车辆热管理系统中的实际应用提供了理论和实验基础。
作者：	钟勋
专业：	动力机械及工程
导师：	俞小莉
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文