【摘 要】
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节能减排作为当前工业生产的重要前提,促进了新型高效传热技术的发展,纳米流体作为传热效率高的新型传热工质也受到了广泛关注。混合纳米流体作为传统一元纳米流体的延伸,同时具备多种一元纳米流体的优良性能,在保证高传热性能的同时具备长期稳定的特性,比一元纳米流体更适用于工业应用。然而,混合纳米流体内颗粒复杂的排布及运动方式导致其比一元纳米流体传热机理更复杂、稳定性更难控制,制约了混合纳米流体的推广。为寻找适
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节能减排作为当前工业生产的重要前提,促进了新型高效传热技术的发展,纳米流体作为传热效率高的新型传热工质也受到了广泛关注。混合纳米流体作为传统一元纳米流体的延伸,同时具备多种一元纳米流体的优良性能,在保证高传热性能的同时具备长期稳定的特性,比一元纳米流体更适用于工业应用。然而,混合纳米流体内颗粒复杂的排布及运动方式导致其比一元纳米流体传热机理更复杂、稳定性更难控制,制约了混合纳米流体的推广。为寻找适用于工业对流传热的混合纳米流体,本文以三元混合纳米流体为研究对象,在制备出具备长期稳定性纳米流体的前提下,对影响混合纳米流体热物性与传热特性的关键因素——颗粒混合比进行实验研究。分别引入性价比因子、敏感性分析、分类回归CATREG等方法对三元混合纳米流体的热经济性和颗粒组合进行分析,以CATREG方法为基础建立颗粒混合比的选取原则,并在此基础上进行混合纳米流体管内对流传热实验,探究了纳米流体的对流传热特性。主要结论如下:（1）通过分析Al2O3-TiO2-Cu/W（water）纳米流体粘度和导热系数对各颗粒混合比的敏感度,确定了高导热、低粘度的最佳体积比为40:40:20（Al2O3:TiO2:Cu）;通过热经济性分析发现适用于工程应用的纳米流体颗粒浓度为0.7 vol.%和0.5 vol.%;对比三元混合纳米流体和文献中相应的一元和二元纳米流体的数据,发现浓度为1 vol.%的Al2O3-TiO2-Cu/W比浓度为2 vol.%的Al2O3/W导热系数增强率提高了6.5%。（2）采用CATREG和敏感性分析方法对Al2O3-Cu-CuO/W的三元混合纳米流体进行热物性分析,测定三种颗粒对三元纳米流体粘度和导热系数的贡献度大小关系分别为Cu＜Al2O3＜CuO和CuO＜Cu＜Al2O3;发现CATREG方法可对混合纳米流体的粘度和导热系数进行预测,平均偏差分别为±2.24%和±0.53%;结合经济性分析确定理论上有利于传热应用的最佳颗粒混合比为20:50:30。（3）对Al2O3-Cu-CuO/W三元混合纳米流体进行管内对流传热实验研究,发现颗粒的添加导致工质层流到湍流过渡区发生位置提前,在Re=1900附近进入过渡区;传热效果随Re的增大出现先升高（层流区）后降低（过渡区）再升高（湍流区）的波动上升趋势,在Re=5250附近传热强化率最高,其中,混合比为30:30:40时纳米流体Nu为基液的1.73倍;发现纳米流体的导热性能对层流流态下的传热特性具有显著影响,相关度达0.679,而在湍流流态下影响较小,相关度为0.357。
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