基于微混合對流熱傳導(dǎo)效應(yīng)的納米流體有效熱導(dǎo)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(dǎo)熱性能得到了全世界科學(xué)家和工程人員的廣泛關(guān)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(dǎo)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(guān)的基礎(chǔ)知識，分析了當前納米流體熱導(dǎo)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(dǎo)率異常提高的主要因素，并建立相關(guān)模型。
　　 基于界面層厚度效應(yīng)和熱阻效應(yīng)，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(dǎo)效應(yīng)，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(dǎo)效應(yīng)的范圍。
　　 本模型將納米流體的有效熱導(dǎo)率描繪成納米粒子的尺寸、體積份額、熱導(dǎo)率，液體的分子尺寸、熱導(dǎo)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(dǎo)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(jié)論：
　　 (1)納米流體有效熱導(dǎo)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(guān)系。
　　 (2)納米流體有效熱導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)率能被描述宏觀兩項混合物有效熱導(dǎo)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(dǎo)率隨著界面層厚度增加而顯著減小。這個結(jié)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(dǎo)率會迅速減小，還