纳米流体传热性能研究进展与问题

纳米流体传热性能研究进展与问题

李新芳，朱冬生

华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室, 广州 510641

E-mail xtulxf@https://www.wendangku.net/doc/2d17470821.html,

摘要：介绍了纳米流体的制备技术，重点阐述了纳米流体传热性能特异性研究进展和存在的问题，同时对今后纳米流体研究的发展方向提出了展望。

关键词：纳米流体；制备；传热性能

1. 引言

随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出[1,2]，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子。由于固体粒子的导热系数比液体大几个数量级，因此，悬浮有固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大得许多。自从Maxwell 理论发表以来，许多学者进行了大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论和实验研究，并取得了一些成果。然而，这些研究都局限于用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，由于这些毫米或微米级粒子在实际应用中容易引起热交换设备磨损及堵塞等不良结果，而大大限制了其在工业实际中的应用。

自20世纪90年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等[3]提出了一个崭新的概念－纳米流体：即将1~100nm的金属或者非金属粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性研究。研究表明[4-6]，在液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数，提高热交换系统的传热性能，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景。由于纳米材料的小尺寸效应，其行为接近于液体分子，不会像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果。因此，与在液体中添加毫米或微米级粒子相比，纳米流体更适于实际应用。

总之，由于纳米流体在各类科学研究和工程技术部门能够产生新的变革，加上它的运动方式新颖、能耗小、无污染和使用范围广等特点，因此受到人们极大关注。目前我国和世界上许多国家都在积极的开展这项研究，有关其基础理论和应用等方面的报道越来越多。本文简要介绍了纳米流体的制备，重点论述了纳米流体传热性能特异性研究的进展和存在的问题。

本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(No.20050561017)和教育部新世纪优秀人才支持计划(No. NCET-04-0826)项目资助.

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2. 纳米流体的制备

纳米流体的制备是应用纳米粒子以增强液体工质传热性能的关键一步。纳米流体不是指简单的液－固混合物，在纳米粒子的悬浮液中，由于颗粒表面的活性使他们很容易团聚在一起，形成带有若干弱连接界面较大的团聚体。因此，如何使纳米粒子均匀地、稳定地分散在液体介质中，形成分散性好、稳定性高、持久及低团聚的纳米流体，是将纳米流体应用于传热过程所必需的技术[7]。

目前，比较常用的有两类潜在的制备技术：一类是两步法，一类是单步法。

两步法是首先用惰性气体凝聚或者化学蒸气分解等其他方法制备纳米粒子(如氧化物，氮化物，金属，非金属碳化物等)，然后把制备的纳米粒子分散在液体中(如水，乙烯基乙二醇，煤油等)。有时也添加活性剂或分散剂并配以超声振动，以获得悬浮稳定的悬浮液。这种方法程序简单，花费少，几乎是用于所有的流体介质，适用于非金属粉体。用此方法已成功制备了氧化物纳米粒子－去离子水纳米流体[5]，通过惰性气体凝聚法制备的CuO纳米粒子见图1，图中显示了纳米粒子发生了聚集。随着纳米颗粒的制备技术已扩展到工业化生产水平，在纳米颗粒制备的基础上采用两步法合成纳米流体存在潜在的经济优势。

单步法是通过“直接蒸发”技术制备纳米流体。如用此方法制备了Cu纳米流体，其透射电子显微镜照片(TEM) [8]见图2。单步法技术减小了纳米粒子的聚集，可以获得小尺度的纳米粒子，但是只有低蒸气压的液体才适合此制备技术。Wilson等[9]通过浓缩金属盐制备金属纳米粒子，此技术已广泛应用于在各种溶剂中产生胶状悬浮物，使用此方法可以获得尺度分布非常窄的纳米粒子。如图3为通过此方法制备的AuPd合金胶状颗粒的TEM照片[9]，可以看出纳米粒子分散均匀且具有非常窄的尺度分布。

图1 CuO纳米粒子的TEM照片图2 Cu纳米流体的TEM照片

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图3 AuPd胶状颗粒的TEM照片

2. 纳米流体传热性能特异性研究进展

目前,许多文献已经报道了纳米流体传热性能的特异性，如：比传统的固/液悬浮物的传热性能好[8-10]；传热性能和浓度之间存在非线性关系(也包括碳纳米管)[10]；导热系数的提高存在很强的温度依赖关系[11,12]；池内沸腾换热中临界热流量显著增加[13-15]。可见，纳米流体的每一种特性对于传热领域都是急需的，利用纳米流体的这些特性，发展新一代的传热和冷却工具对于实际应用是十分重要的。

2.1 稳态时导热系数的研究

纳米流体比传统液体工质具有更优越的传热性能，一个主要原因是纳米粒子显著增大了纳米流体的导热系数。导热系数是反映介质传热能力的主要参数，具有重要的理论和应用意义。图4[16]总结了纳米流体的导热系数与纳米粒子体积比之间的关系。较早关于纳米流体导热性能的实验研究，主要集中在高浓度氧化物纳米粒子性能的变化。Masuda等[17]研究了在水中添加4.3%体积比的Al2O3纳米粒子，实验结果表明导热系数比水提高了30%，随后Lee 等[5]测量了相同含量Al2O3－水纳米流体的导热系数，其结果仅仅提高了15%。这些实验结果的差别可能是因为两种流体中纳米粒子平均尺寸不同，Masuda使用的Al2O3纳米粒子的平均直径为13nm，而Lee使用的Al2O3纳米粒子的平均直径为33nm。中科院谢华清等[18,19]研究了SiC－水纳米流体的导热系数，实验结果表明，在水中添加5%体积比的SiC纳米粒子，形成的纳米流体的导热系数比水提高20%。Lee等[5]也观察到：相比Al2O3纳米流体，CuO纳米流体的导热系数仅有一个适度提高，但是Wang等[20]报道了在水中添加0.4%体积比的CuO纳米粒子，形成的纳米流体的导热系数比水提高了17%，在乙烯基－乙醇溶液中添加0.3%体积比的Cu纳米粒子(10nm)，形成的纳米流体的导热系数提高了40%。最近，Patel等[12]研究了Au和Ag纳米粒子添加到水和甲苯中的导热性能，令人惊奇的是，当纳米粒子的体积比低至0.011%时，形成的纳米流体的导热系数提高到21%。然而，关于这些纳米流体的导热系数是否能提高那么多还没有完全被证实，事实上，最近在重复Cu纳米粒子实验中，Cu纳米

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粒子的直径比较大(50nm)，当添加的Cu 纳米粒子含量为0.5%体积比时，观察到其导热系数没有明显的提高。

图4 纳米流体的导热系数与纳米粒子体积比之间的关系图

最近研究发现：在高浓度的氧化物纳米流体[11]和浓度极其低的金属纳米流体中[12]，其导热系数的提高存在很强的温度依赖关系。这两类纳米流体在一个小的温度范围内(20~50oC)，其导热系数提高了2~4倍。如果温度依赖关系发生在较宽的温度范围内，那么这个特性使得纳米流体在较高温度下的应用成为热点。 2.2 流动、对流换热和沸腾换热的研究 作为一种新型的强化传热工质，将纳米流体应用于工业实际，除了测定其导热系数等输运参数外，研究纳米流体的流动、对流换热和沸腾换热是非常必要的。最近, 已有文献研究和测量了纳米流体自然流动[21,22]和强制流动[6, 23-24]过程中的换热系数。Das 等[15]研究了纳米流体沸腾换热的特点；You 等[13]测量了Al 2O 3－水纳米流体的临界热流量，实验结果表明热流量比水增加了3倍；Vassallo 等[14]也研究了SiO 2－水纳米流体的临界热流量，相比纯水提高了3倍多。纳米流体在对流换热过程中，换热系数不仅与导热系数有关，还与纳米流体的比热、密度和动态粘滞度有关。当体积份额比较低时，纳米流体的比热和密度类似于基液。Wang 等[4]研究了Al 2O 3－水纳米流体的粘度，实验结果表明当纳米粒子分散更多时，纳米流体的粘度较低，同时也发现当Al 2O 3体积比为3%时，形成纳米流体的粘度比水提高了30%。Pak 和Cho [25]研究了Al 2O 3－水纳米流体的粘度，发现其流体的粘度比水增加了3倍。因此纳米流体的粘度与纳米粒子的制备、浓度、分散和稳定悬浮的方法等可能密切相关。宣益民和李强[24]测量了不同体积比(1.0%~2.0%)的Cu －水纳米流体在湍流状态下的摩擦阻力系数，实 - 4 -

验结果表明，纳米流体的摩擦阻力系数并未增大。

Eastman等[26]测量了体积比为0.9%的CuO－水纳米流体在强制对流状态下的换热系数，实验表明比水提高了15%。宣益民和李强[24]测量了Cu－水纳米流体在湍流状态下的管内对流换热系数，实验结果表明，在液体中添加纳米粒子显著增大了液体的管内对流换热系数。例如，在水中添加2.0%体积比的Cu纳米粒子，纳米流体的对流换热系数比水增大了39%。与这些研究相对比，Pak和Cho[25]分别测试了3.0%体积比的Al2O3－水和TiO2－水两种纳米流体的对流换热系数，实验结果表明，相同流速情况下，纳米流体的对流换热系数比水小12%。其原因可能在于Pak和Cho实验中的两种纳米流体的粘度比水增大很多，过高的粘度抑制了纳米流体的强化传热效果。Putra[21]研究了Al2O3－水和CuO－水两种纳米流体在自然对流过程中的换热系数，与强制对流不同，自然对流过程中换热系数降低。

Das等[15]研究了Al2O3－水纳米流体的池内沸腾实验，结果表明，随着纳米粒子体积比的增加，纳米流体池内沸腾性能减弱。这种减弱可能与两方面有关：一方面是由于纳米粒子的添加导致流体性能的改变；另一方面是由于纳米粒子覆盖在容器的粗糙表面上导致容器性能的改变。Vassallo等[14]研究了SiO2－水纳米流体的临界热流量，非常有趣的是，当添加纳米粒子的体积比只有10-3%时，纳米流体的临界热流量显著增加。到目前为止，还没有任何一种理论模型能够解释这种现象。You等[13]测量了Al2O3－水纳米流体池内沸腾时的临界热流量，实验表明其临界热流量比纯水增大了3倍，这些实验结果与Vassallo的实验结果一致。

3. 纳米流体导热系数提高的理论解释和争议

纳米流体的导热性能比其他传热性能更受关注，因此我们仅仅讨论纳米流体导热系数研究中存在的一些问题。纳米流体是固/液混合物，其导热性的研究是建立在有效介质理论基础上的。19世纪后期，Mossotti、Clausius、Maxwell和Lorenz首先提出了有效介质理论，Bruggeman系统地完善了该理论。有效介质理论现在已广泛应用于工程科学的许多领域。

首先以最简单的球形纳米粒子为例，不考虑粒子/液体的界面效应，当纳米粒子的体积份额(f)比较低时，有效介质理论的所有表达形式都收敛为同一个方程；当纳米粒子的体积份额比较高时，根据有效介质理论，预测纳米流体的导热系数提高到3f。假设纳米流体的导热系数比纯液体的大20倍，则这个预测与有效导热系数的精确求解保持了良好的一致性。如图4所示(图中虚线表示的是有效介质理论的预测结果)，而Xie[18,19]，Lee[5]等分别研究了纳米Al2O3粉和SiC粉加入水、醇中而制备成的纳米流体的导热系数，从图中看出其实验结果与这个预测保持一致。

有关高浓度纳米流体的其他研究也是建立在有效介质理论基础上的。当纳米粒子发生了小的聚集，由于粒子团簇比单个纳米粒子占有更大的空间，所以团簇的体积份额比纳米粒子的体积份额要大[27]。而球形纳米粒子自由密堆积后，其相对密度近似为60%，因此，我们

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预测纳米粒子聚集导致导热系数近似提高3f/0.6，也就是5 f，导热系数提高5 f已有实验研究[19]。如果纳米粒子是疏散堆积，则导热系数有更大的提高(见图5[16])。当然，纳米粒子聚集后也可能使导热系数降低，此时可能认为纳米粒子的传导是主要的。

图5 由有效介质理论预测的纳米流体导热系数与纳米粒子体积比之间的关系图

有人提出，纳米粒子的热运动可以作为提高导热系数的一种机理，因为布朗运动对热运动的贡献最大，所以在解释导热机理方面，热运动比热扩散更有效。然而，Keblinski[27]通过一个简单分析，认为即使纳米粒子尺度非常小，热扩散比布朗运动更快。也就是说，热场适合于瞬间的颗粒位置，且在稳定的颗粒组成中起主要作用。

最近Jang和Choi[28]，Prasher[29]提出关于布朗运动新的看法，认为在流体中主要是布朗运动促进热传导，而不是颗粒本身运动的直接贡献。Keblinski[27]等也提出了一些解释导热系数提高的机理，他们则认为导热系数提高可能与两方面有关：一方面是在固液界面上会形成一层有序液膜，另一方面是在颗粒间存在传热声子的隧道效应。同一课题组的人员通过理论模拟和实验，得出这些机理还不能够清楚地解释传热过程[30]；而且，悬浮在水中或有机溶剂中的Au纳米粒子，似乎还不能通过液体特异的热物性来解释其冷却速率的实验结果[9]。4. 结语与展望

在过去的十年中，许多文献报到了纳米流体的特异性能，不仅导热系数的研究受到了广泛的关注，而且其他传热性能的研究也已取得一定的进展，因而纳米流体在传热领域具有广阔的应用前景。但是现阶段纳米流体的发展还受到以下几个方面的限制：(1) 由于实验条件、试件的材料和制作工艺的差异，使得这些实验结果之间缺乏一致性；(2) 纳米流体悬浮液的稳定性问题；(3)缺乏纳米流体传热机理的理论研究。所以纳米流体近期的主要目标仍在于：

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(1) 深入开展纳米流体的表面处理和改性、开发新的性能优越的分散剂和稳定剂以及摸索分散条件和制备工艺的优化等基础研究，探讨能保持长期稳定的纳米流体结构模型和理论分析；

(2) 建立纳米流体中粒子和粒子团簇等参数的测量方法并实现其仪器化，以及颗粒运动状况的实时观测技术的进一步完善；

(3) 进一步拓宽大颗粒纳米流体的研究；

(4) 研究纳米流体的对流特性和临界热流量，深入探讨临界热流量增加的机理；

(5) 应用计算机模拟手段，通过建立合适的理论模型探讨纳米颗粒的传输机理，进一步阐明纳米流体强化传热机理。

综上所述，纳米流体研究目前正在迅速地发展，在许多领域逐步显示出其巨大的应用作用。但是，从整体上看，仅仅是一个新兴的研究领域，在许多方面尚处于初步研究阶段，还需要深入和拓宽。

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The Research Progress and Problems of the Heat-transfer

Properties for Nanofluids

Li Xinfang Zhu Dongsheng

Chinese Engineering Research Institute, South China University of Technology, Guangzhou 51064

Abstract

The preparation techniques of nanofluids are introduced in this paper, and the research progress and problems of the heat-transfer properties for nanofluids are discussed in detail. Moreover, the prospect of the development for nanofluids is forecasted.

Key words：nanofluids；preparation；heat-transfer properties

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纳米流体研究进展_李云翔

doi ：10.3969/j.issn.2095-4468.2013.04.111 纳米流体研究进展 李云翔，解国珍*，安龙，田泽辉 （北京建筑大学，北京 100044） [摘 要] 本文综述了纳米流体的研究进展。1995年美国Argonne 国家实验室的 Choi 等提出将纳米级金属或非金属氧化物颗粒添加到换热工质中制备出新型换热工质“纳米流体”的方法，而且指出纳米流体的稳定性是纳米流体能否进行科学研究和实际应用的关键问题。纳米流体的导热系数、粘度等物性是反映介质流动与换热的关键因素。为使纳米流体成功地应用于工业实际，必须对其传热特性做深入研究。研究发现，目前诸多文献对纳米流体强化沸腾传热存在争议，部分研究成果证明纳米流体能强化传热，而另外的研究成果则认为纳米颗粒的添加非但不能强化传热甚至出现恶化现象。 [关键词] 纳米流体；导热系数；粘度；分散稳定性 Review on Research of Nanofluid LI Yun-xiang, XIE Guo-zhen *, AN Long, TIAN Zei-hui (Beijing University of Civil Engineering and Arthitecture, Beijing 100044, China) [Abstract] The research status of nanofluid was reviewed in the present study. Nanofluid was firstly proposed by Choi et al. of U.S. Argonne National Laboratory in 1995, and it was prepared by adding nanoscale metal or nonmetal oxide into heat transfer fluid. Choi et al. also pointed out that, the stability of nanofluids is the key factor for scientific research and practical application. The thermal conductivity coefficient, viscosity and other physical properties of nano-fluids are the key factors reflecting the flow and heat transfer characteristics. In order to successfully apply nanofluids in industrial practice, the heat transfer chacteristics of nanofluids should be investigated deeply. The existing researches show that, the enhancement effect of nano-fluids is controversial; some research results show that nanofluids may enhance the heat transfer, while some other research results show that there is deterioration effect rather than enhancement effect due to the presence of nano particles. [Keywords] Nanofluid; Thermal conductivity; Viscosity; Dispersivity and stability *解国珍（1954-），男，教授，博士。主要研究方向：制冷与空调设备关键节能新技术研究、CFCs 和HFCs 替代技术研究、纳米微粒对空调制冷系统流体特性影响研究等。联系地址：北京市西城区展览馆路一号北京建筑大学，邮编；100044。 基金项目：国家自然科学基金项目（编号：51176007）；北京供热、供燃气、通风与空调工程重点实验室资助。 0 前言 20世纪90 年代以来，随着能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域的飞速发展，使得传统的传热介质在传热性能等方面受到严重的挑战。研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。 1995年美国Argonne 国家实验室的Choi 等[1]提出将纳米级金属或非金属氧化物颗粒添加到换热工质中制备出新型换热工质“纳米流体”。由于金属及其氧化物的导热系数远大于液体，而且由于纳米颗粒的小尺度和强表面效应使得其在液体中能够稳定地分散，所以既使得传热工质的换热性能大大提高，也避免了传统微米级材料添加剂沉降造成管路阻塞等不良后果。 本文对目前国内外有关纳米流体研究的几个主要方向进行了概括，包括：纳米流体稳定性的研究、纳米流体物性的研究、纳米流体传热特性的研究，其中既包括实验方面的研究进展也对纳米流体物性以及传热特性的理论研究进行了系统的总结。一方面，这对纳米流体在工业生产中的应用起到参考和提示的作用；也对分析相关实验现象及数据给出合理的解释具有指导意义，对探寻纳米流体传热的物理机制及建立相关模型给出借鉴。另一方面，通过综合考虑目前的研究进展可看出这个领域存在的缺点和不足，以便于对后续的研究提供一定的指导作用。 1 纳米流体的稳定性 为了制备热物理性优良的纳米流体，首先要研究纳米流体的稳定性。美国Argonne 国家实验室KeblinskI 等人[2]指出纳米流体的稳定性是纳米流体 45

纳米流体研究进展

纳米流体研究进展 摘要：纳米流体作为一种新型换热工质展现出异常良好的换热性能和良好的稳定性目前，人们对于纳米流体的研究还不够深入，纳米流体各种特性的机理尚不清楚。进一步开展纳米流体各种特性的机理研究，有助于加深人们对纳米流体的认知，能够促进纳米流体的工程应用，是非常有意义的工作。本文综述了纳米流体制备、纳米流体的稳定性、传热特性、导热系数研究进展。并对其在应用上作出了展望。 关键词：纳米流体；稳定新；传热特性；导热系数 1引言： 随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。随着纳米科学与技术的进步，纳米尺度材料和技术越来越多地进入强化传热工作者的视野。1995年美国Argonne国家实验室的Choi等[1]率先提出了纳米流体的概念。所谓纳米流体，是指以一定的方式在液体介质中添加纳米粒子或纳米管而形成的悬浮液。纳米流体与传统换热介质相比，在增强传热方面有着优良的特性。研究表明：纳米流体能显著提高传统换热介质的导热系数[2]。此外纳米流体在氨水鼓泡吸收实验中也表现出了很好的强化氨气吸收效果。制备导热系数高、换热性能好、传质效果强的纳米流体也必定会促进其在能源、化工、微电子、信息等领域的发展[3]。纳米流体概念的提出给强化传热技术的研究带来了新的希望。开展纳米流体强化传热机理研究，搞清楚影响纳米流体强化传热的主要因素，对于促进纳米流体在传热领域的应用有重要的意义。基于此，本文主要从纳米流体制备、纳米流体的稳定性、传热特性、导热系数等方面的最新进展及存在的问题进行叙述。 2纳米流体的制备 关于纳米流体的制备，己有许多相关综述可以参考，文献中采用的制备方法主要有两步法和一步法[4, 5]： 两步法是最为便利、经济的制备方法。纳米粉体工业已经较为成熟，可以通过物理或化学方法制备出金属或非金属的纳米颗粒、纳米管等纳米材料。两步法是指直接将纳米粒子分散到基液中的方法。首先，通过气相沉积法、化学还原法、机械球磨法或其它方法制备出纳米粒子、纳米纤维或纳米管，然后通过超声波振动、添加活性剂或分散剂、改变溶液pH值的方法，使纳米颗粒均匀地分散到基

纳米流体池沸腾传热特性研究

纳米流体池沸腾传热特性研究 随着现代工业的蓬勃发展,高热流密度换热设备的高效冷却问题倍受关注。这一问题亟须解决,大大推动了纳米流体沸腾传热这一领域的发展,很多国内外 学者都对此展开了相关研究,目前已有部分成果得以实际应用。 本文对不同重力环境下水基γ-Al2O3纳米流体的传热特性进行了实验研究。本文成功搭建了纳米流体配制台和纳米流体池沸腾实验系统,并对实验系统的可靠性和重复性进行了验证。 本文在直径分别为0.03mm和0.05mm的铂丝上进行了常重力和过载下的池沸腾传热特性实验研究。实验研究的主要目的是获得池沸腾传热特性规律以及分析纳米颗粒浓度、分散剂浓度、铂丝直径及过载这些因素对传热特性的影响。 实验中铂丝的合过载范围为0–3.0g,压力为1bar,纳米颗粒浓度为0– 0.01wt%,分散剂SDBS的浓度为0–0.5wt%。根据常重下获得的实验数据,对纳米颗粒浓度、分散剂浓度和铂丝直径对纳米流体池沸腾传热特性的影响规律进行了分析。 实验结果表明沸腾传热系数随着纳米颗粒浓度的增加先得到强化然后恶化,而CHF随着浓度的增加持续增加;分散剂的添加会在加热丝表面形成烧结层,恶 化了CHF,且随着浓度的增加而恶化程度增加;小尺寸0.03mm铂丝在低热流密度 区的传热系数要高于0.05mm的铂丝,而在高热流密度得到相反的结论,这与气泡的扰动特性有关。本文进行了过载下纳米流体的沸腾传热实验研究,实验结果表明,过载对纳米流体的传热特性有一定的影响,不同浓度的纳米流体在相同过载 下的CHF得到类似于常重的传热特性,但降低了纳米流体的最佳浓度;同一浓度 纳米流体的传热系数和CHF随着过载增加的的变化规律得到不一致的结论,仍需

流体力学与传热习题：problems and solutions forchapter1,2

1.3 A differential manometer as shown in Fig. is sometimes used to measure small pressure difference. When the reading is zero, the levels in two reservoirs are equal. Assume that fluid B is methane （甲烷）, that liquid C in the reservoirs is kerosene (specific gravity = 0.815), and that liquid A in the U tube is water. The inside diameters of the reservoirs and U tube are 51mm and 6.5mm , respectively. If the reading of the manometer is145mm., what is the pressure difference over the instrument In meters of water, (a) when the change in the level in the reservoirs is neglected, (b) when the change in the levels in the reservoirs is taken into account? What is the percent error in the answer to the part (a)? Solution ： p a =1000kg/m 3 p c =815kg/m 3 p b =0.77kg/m 3 D/d=8 R=0.145m When the pressure difference between two reservoirs is increased, the volumetric changes in the reservoirs and U tubes R d x D 224 4 π π = (1) so R D d x 2 ?? ? ??= (2) and hydrostatic equilibrium gives following relationship g R g x p g R p A c c ρρρ++=+21 (3) so g R g x p p c A c )(21ρρρ-+=- (4) substituting the equation (2) for x into equation (4) gives g R g R D d p p c A c )(2 21ρρρ-+?? ? ??=- (5) （a ）when the change in the level in the reservoirs is neglected, ()Pa g R g R g R D d p p c A c A c 26381.98151000145.0)()(2 21=?-=-≈-+?? ? ??=-ρρρρρ （b ）when the change in the levels in the reservoirs is taken into account ()Pa g R g R D d g R g R D d p p c A c c A c 8.28181.98151000145.081.9815145.0515.6)()(22 2 21=?-+????? ? ??=-+?? ? ??=-+?? ? ??=-ρρρρρρ error= ％＝7.68 .281263 8.281- 1.4 There are two U-tube manometers fixed on the fluid bed reactor, as shown in the figure. The

纳米流体传热性能研究进展与问题

纳米流体传热性能研究进展与问题 李新芳，朱冬生 华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室, 广州 510641 E-mail xtulxf@https://www.wendangku.net/doc/2d17470821.html, 摘要：介绍了纳米流体的制备技术，重点阐述了纳米流体传热性能特异性研究进展和存在的问题，同时对今后纳米流体研究的发展方向提出了展望。 关键词：纳米流体；制备；传热性能 1. 引言 随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出[1,2]，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子。由于固体粒子的导热系数比液体大几个数量级，因此，悬浮有固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大得许多。自从Maxwell 理论发表以来，许多学者进行了大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论和实验研究，并取得了一些成果。然而，这些研究都局限于用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，由于这些毫米或微米级粒子在实际应用中容易引起热交换设备磨损及堵塞等不良结果，而大大限制了其在工业实际中的应用。 自20世纪90年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等[3]提出了一个崭新的概念－纳米流体：即将1~100nm的金属或者非金属粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性研究。研究表明[4-6]，在液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数，提高热交换系统的传热性能，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景。由于纳米材料的小尺寸效应，其行为接近于液体分子，不会像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果。因此，与在液体中添加毫米或微米级粒子相比，纳米流体更适于实际应用。 总之，由于纳米流体在各类科学研究和工程技术部门能够产生新的变革，加上它的运动方式新颖、能耗小、无污染和使用范围广等特点，因此受到人们极大关注。目前我国和世界上许多国家都在积极的开展这项研究，有关其基础理论和应用等方面的报道越来越多。本文简要介绍了纳米流体的制备，重点论述了纳米流体传热性能特异性研究的进展和存在的问题。 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(No.20050561017)和教育部新世纪优秀人才支持计划(No. NCET-04-0826)项目资助. - 1 -

纳米流体及纳米表面的管内对流强化传热

纳米流体及纳米表面的管内对流强化传热 宏观尺度强化传热技术的发展已达到一定高度,并接近饱和；微米／纳米尺度的新技术、新材料、新方法能够提供宏观尺度下难以实现的优势,已经成为强化传热学科纵深发展的新动力。本文的研究目的是,通过采用微米／纳米尺度的强化传热技术,对管内单相对流换热及流动沸腾换热的基本物理现象及其强化机理有更深入的理解,以为新型微纳结构强化技术的开发提供数据支持与理论指导。 本文的基本内容是以纳米流体的单相对流换热为出发点,探究纳米流体与传热界面的相互作用,基于纳米流体对传热表面的改造机理,将研究扩展到纳米表 面的微细通道流动沸腾换热。本文首先对纳米流体和微纳结构工程表面的研究现状作了详尽的综述和分析,从中发现若干主题亟待研究：纳米流体的混合对流、一步法纳米流体对流换热、活性剂对换热的影响、纳米工程表面运用于微细通道沸腾传热。 对于纳米流体在大管径横管内的混合对流,本文系统地研究了二氧化硅纳米颗粒原生粒径、颗粒体积浓度、基液粘度和普朗特数等参数对于管内层流混合对流换热的影响,纳米流体混合对流换热相对于基液出现了恶化,采用混合对流判 别数和均相模型统一解释了纳米流体的混合对流传热特性。采用一步湿化学法制备了较大量稳定的二氧化硅纳米流体,在细通道内分别就其层流、湍流、混合对流进行了对流换热系数的测试,考虑热物性的改变后,其对流换热系数可以用传 统的关联式预测,并不存在奇异的强化效应。 一步法纳米流体无需使用表面活性剂,然而两步法必须采用活性剂才能稳定,这将对实验产生干扰。本文通过实验论证了表面活性剂SDBS对于细通道内流动沸腾换热的影响,活性剂溶液的表面张力大大降低,可以减小沸腾换热中汽泡的

流体力学与传热习题参考解答(英文)

1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 2222112f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22112212f U U Z g+ W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22V 20U 1.97m /s A 3600*4006===π/*.

流体力学与传热习题：solutions

1.3 Solution ： p a =1000kg/m 3 p c =815kg/m 3 p b =0.77kg/m 3 D/d=8 R=0.145m When the pressure difference between two reservoirs is increased, the volumetric changes in the reservoirs and U tubes R d x D 224 4 π π = (1) so R D d x 2 ?? ? ??= (2) and hydrostatic equilibrium gives following relationship g R g x p g R p A c c ρρρ++=+21 (3) so g R g x p p c A c )(21ρρρ-+=- (4) substituting the equation (2) for x into equation (4) gives g R g R D d p p c A c )(2 21ρρρ-+?? ? ??=- (5) （a ）when the change in the level in the reservoirs is neglected, ()Pa g R g R g R D d p p c A c A c 26381.98151000145.0)()(2 21=?-=-≈-+?? ? ??=-ρρρρρ （b ）when the change in the levels in the reservoirs is taken into account ()Pa g R g R D d g R g R D d p p c A c c A c 8.28181.98151000145.081.9815145.0515.6)()(22 2 21=?-+????? ? ??=-+?? ? ??=-+?? ? ??=-ρρρρρρ error=％＝7.68 .281263 8.281-

(完整word版)关于表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展

关于表面活性剂对水基纳米流体特性影 响的研究进展 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 在能量传递研究及应用技术方面，纳米流体作为一种新型换热工质已获得关注。目前，关于纳米流体，主要从其制备、稳定性、热物性及传热传质等方面研究。稳定的纳米流体是进行各种研究及应用的基础。由于悬浮于流体中的纳米粒子有热力学不稳定性、动力学稳定性和聚集不稳定性的特点，因此如何保持粒子在液体中均匀、稳定地分散是非常关键的问题。常用的纳米流体分散技术里表面活性剂对纳米流体特性的影响是研究的热点之一。 表面活性剂的分子结构具有不对称性，即亲水性的极性基团和憎水性的非极性基团。根据其在水中能否电离将其分为离子型和非离子型表面活性剂，根据离子型表面活性剂生成的活性基团，又将其分为阴离子和阳离子表面活性剂。纳米流体中表面活性剂的选择主要考虑基液、表面活性剂的种类和浓度。在水基纳米流体中，常见的表面活性剂有阴离子型的十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子

型的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、非离子型的辛基苯酚聚氧乙烯醚(OPE)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。表面活性剂对纳米流体特性的影响主要从种类和浓度来考虑。针对已有的研究，总结和分析表面活性剂对纳米流体稳定性和热物性影响的实验研究，并从机理对其进行更深层次的研究。同时针对目前的研究现状，提出了未来相应的研究方向。 1 表面活性剂对流体稳定性的影响 表面活性剂对纳米流体稳定性起着重要作用。已发表的文献中，重点研究其种类和浓度对纳米流体稳定性的影响。由于影响纳米流体稳定性的因素非常多，各因素之间的相互影响不同，实验所得的研究结果存在一些差异。 李金平等提出了水基纳米流体中选择表面活性剂的一些建议，研究了表面活性剂聚乙烯醇(PV A)和SDBS 对Cu、Ag 和TiO2纳米粒子悬浮液分散稳定性的影响，得出PV A、SDBS 及两者的混合能够使Cu、Ag 纳米流体稳定悬浮，而不能使TiO2纳米流体保持1h 以上的稳定悬浮。作者分析认为TiO2纳米流体中粒子吸收光能后，在表面生成的两种化学性质很活泼的自由基抑制了表面活性剂的吸附，即表面活性剂在粒子表面没有发挥作用。PV A 和SDBS 的混

纳米流体的合成及应用的研究进展

纳米流体的合成及应用的研究进展 纳米流体具有导电性、催化活性等特性，离子液体有宽电化学窗口和导电性，以两者合成的离子液体基纳米流体在生物医学、光催化、电化学等领域有着广阔的应用。本文介绍了纳米流体常用的两种制备方法，并讨论了各制备方法的优缺点。 标签：离子液体；纳米流体 纳米流体自20世纪90年代提出后广受关注，离子液体基纳米流体是离子液体及纳米材料在一定条件下用特定方法合成的复合物，不仅具有离子液体的性质，也具有纳米流体的性质。离子液体因其特性，能够对纳米粒子进行表面修饰，并且能够阻止纳米粒子团聚特性，为纳米流体的合成提供了新的研究方向，离子液体基纳米流体的研究逐渐被报导。目前较成熟制备纳米流体的方法有：一步合成法和两步合成法。 1 一步合成法 一步法是直接在纳米颗粒制备的同时把金属颗粒沉积到液体基质中。一步法中，纳米颗粒通过气相沉积制得再混溶于基液中。此方法制得的流体中纳米微粒稳定且粒径小，分散性好并不易团聚，不加分散剂也能长期稳定。能用在金属纳米流体的合成，但是此方法条件苛刻，要求在低蒸气压条件下且必须在流体介质中反应。此方法适用于对纯度要求高的少量產物合成，但是此法产量低且对设备要求高，不适合工业化生产。 2 两步合成法 两步法是将纳米微粒的制备与流体的合成过程分开首先，是目前比较普遍的合成方法。主要采用气相沉积法或别的方法如机械球磨法和化学还原法，将制备出的纳米颗粒，通过超声、搅拌、加入分散剂等其他方法，使纳米颗粒稳定、均匀地分散到基液中。由于纳米微粒制备的技术日趋完善已达工业化水平，使得两步法在工业中应用有明显优势。两步法合成纳米流体的缺点就是，制得的纳米流体不够稳定，还需要不断研究改善。 合成纳米流体后，需要对其稳定性、形貌、性质等进行表征。表征纳米流体的方法主要有：通过扫描电镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对纳米颗粒大小及形貌进行表征，此方法需要将纳米颗粒分离，在分离过程中会造成纳米微粒形貌改变以及因为分子间的范德华力发生团聚现场。利用分光光度计对纳米流体的吸光度表征，吸光度越大，纳米流体越稳定或紫外可见光光谱的最大吸收波长发生蓝移，纳米流体的颗粒越小，纳米流体越稳定。使用专业的纳米粒度仪，纳米流体稳定性越好Zeta电位的绝对值之差越大；利用纳米粒度仪对纳米流体的粒度大小进行测量，平均粒径较小的纳米流体较稳定。还可通过沉降分析、激光衍射等多种方法进行表征。

流体力学与传热学

1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的（热传导）和边界层外的（对流传热）合并考虑，并命名为给热。 2、在工程计算中，对两侧温度分别为 t1,t2 的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。答案；λ = 3、图 3-2 表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为或。体的走向为 管程，管程流 1 1 4 2 2 3 3 5 图 3-2 3-18 附图答案：4；2 → 4 → 1 → 5 → 3；3 → 5 → 1 → 4 → 2 4、4.黑体的表面温度从 300℃升至 600℃，其辐射能力增大到原来的（5.39）倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的 4 次方成正比, ? 600 + 273 ? 摄氏温度,即 ? ? =5.39。 ? 300 + 273 ? 5、 3-24 用 0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内， 20℃升至 60℃，由则管内壁的温度约为（100℃） 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由 20℃升至 75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率 0.65，则油的入口温度为 (104℃)。 7、因次分析法基础是 (因次的一致性)，又称因次的和谐性。 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的(剪应力) 9、如果管内流体流量增大 1 倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的(2 倍) 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时4 倍。 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的（速度梯度），即使（粘度）很小，（内摩擦应力）仍然很大，不容忽视。 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的（惯性力）与（粘性力）之比。 13、滞流与湍流的本质区别是（滞流无径向运动，湍流有径向运动） 二、问答题：问答题： 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个 U 形管压差计中,同一水平面上的两点 A、或 C、的压强是否相等？ B D P1 A P2 p 水 B C 空气 C 水银图 1－1 D 水 P1 1－1 附图 P2 A B D p h1 。 答：在图 1—1 所示的倒 U 形管压差计顶部划出一微小空气柱。空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为 P。由流体静力学基本方程式： p A = p + ρ空气 gh1 + ρ水 gh1 p B = p + ρ空气 gh1 + ρ空气 gh 1 Q ρ水 > ρ空气 p C = p + ρ空气 gh1 ∴ p A> pB 即 A、B 两点压强不等。而

流体力学与传热习题参考解答(英文)

1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 222211 2f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22 1 1 2212f U U Z g+ W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200 P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22 V 20U 1.97m /s A 3600*4006===π/*. 1Z 0= 2Z 15= 42 2.67x101.97W 15x9.81120246.88J /kg 12002 =-+++= N W Q 246.88x1200x20/3600=1646W ρ== 3. Water comes out of the pipe (Φ108x4 mm), as shown in Fig. The friction loss of the pipeline which does not cover the loss at the exit of pipe can be calculated by the following equation:

纳米流体储能研究进展

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/2d17470821.html, 纳米流体储能研究进展 作者：贾亚峰尚玉明何向明李建军 来源：《新材料产业》2017年第06期 近年来，能源的不断消耗使能源短缺和环境问题呈现在人们面前，利用储能技术来提高能源利用率是一种有效的缓解方法。其中制冷设备通过相变蓄冷技术采用“移峰填谷”来进行能量高效利用的方式成为了储能领域的热门话题。纳米流体作为一种新型的储能蓄冷材料也备受人们的关注。 1995年，“纳米流体”的概念由美国学者Choi等[1]提出，即在基液中添加特定纳米材料的方式形成的一种具有高导热系数、高换热系数的均匀稳定悬浮液。制备性能稳定、优异的纳米流体是近年来国内外储能领域的研究热点。拥有高导热系数和强换热性能的纳米流体作为一种新型的相变材料，在储能领域中占有一席之地，本文主要介绍纳米流体的分散稳定性和导热机理以及纳米流体在储能领域的优势等，并阐述纳米流体在储能蓄冷领域的应用进展。 一、储能技术及相变储能材料 1.储能技术 储能技术是高效利用能量的途径之一。储能技术常见方法：抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、超级电容器储能、超导磁储能、化学电源储能、相变储能。 相变储能可通过吸收、释放相变材料的相变过程中产生的热量来进行储能和释能。常用在冰蓄冷空调技术、蓄热供暖技术等方面。冰蓄冷可以在低负荷的夜间采用电动制冷机实行，使蓄冷介质结冰蓄能，然后在负荷高的白天融冰，释放出储存的冷量。这种储能方式具有能量密度高，所需装置构造简单、设计灵活、使用方便且易于管理的优点。纳米流体因高导热系数纳米颗粒的添加，在传统换热工质的基础上提高了其导热系数和换热性能[2-6]，使其成为国内外储能材料的研究热点。 2.相变储能材料 相变储能材料[7]主要分为无机相变材料和有机相变材料。 （1）无机相变储能材料 无机相变材料主要包括无机水合盐[8]和金属相变材料。无机水合盐相变材料主要包括硝 酸盐、磷酸盐以及碱金属的卤化物等，有较高潜热，属于低温储热材料。金属类相变材料具有导热系数高、储能密度大、热稳定差等特点，属于中高温储能材料。无机相变材料具有潜热高、热导率高、温度范围宽、成本低等优点，但也存在一些问题：溶剂蒸发造成脱水盐沉积，

流体力学与传热200612A(附参考标准答案)

,考试作弊将带来严重后果! 华南理工大学期末考试 《 流体力学与传热 》试卷 1. 考前请将密封线内填写清楚; ２. 所有答案请直接答在试卷上（或答题纸上)； 3.考试形式:闭卷； 、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍,阻力损失为原来的 4 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/２ 倍。 、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N －Q 和 η－Ｑ 曲线 、气体的粘度随温度升高而 增加 ,水的粘度随温度升高而 降低 。 ４、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。 、(１)离心泵最常用的调节方法是 Ｂ （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度 （C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮 ）漩涡泵常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。 6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 ,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。 、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体,应让加热蒸汽在 壳程流动,加热器顶部设 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。 、(1)为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 Ａ (A ）表面光滑,颜色较浅; （B)表面粗糙,颜色较深 （C ）表面粗糙,颜色较浅 (2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为C ?100，空气进口温度为C ?,出口温度为C ?80，问此套管换热器内管壁温应是＿Ｃ__。 （A)接近空气平均温度 (B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。

流体力学与传热学复习题

表面张力的影响 在自然界中看到很多表面张力的现象。比如，露水总是呈球型，而某些昆虫漂浮在水面上。 在水中加入洗涤剂才能清除衣服上的油污，因为洗涤剂含有去污作用的化学物质及表面活性剂，表面活性剂能降低水的表面张力，发生润湿、乳化、分散和起泡等作用。 液体与固体壁接触时，液体沿壁面上升或下降的现象 （1）常见的毛细现象：植物茎吸水，粉笔吸墨水。 （2）有些情况下毛细现象是有害的： 建筑房屋的时候,地基中毛细管会把土壤中的水分引上来,使得室内潮湿。 土壤里有很多毛细管,地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来。 河道中水位和流量的变化 洪水期中水位、流量有涨落现象－非恒定流 平水期中水位、流量相对变化不大－恒定流 容器中液体 当其中的液体处于相对平衡－恒定流。 当容器的旋转角速度突然改变，则容器中的液体运动为--非恒定流 大海中潮起潮落现象－非恒定流 生产中为了安全生产等问题常设置一段液体柱高度封闭气体，称为液封。 作用： ①保持设备内压力不超过某一值； ②防止容器内气体逸出； ③真空操作时不使外界空气漏入。 导热 导热是依靠物质微粒的热振动而实现的。产生导热的必要条件是物体的内部存在温度差，因而热量由高温部分向低温部分传递。 发生导热时，沿热流方向上物体各点的温度是不相同的，呈现出一种温度场，对于稳定导热，温度场是稳定温度场，也就是各点的温度不随时间的变化而变化。 5)量纲与单位： 量纲：物理量所属种类，称为这个物理量的量纲,量纲也称因次（Demension）。 单位：度量各种物理量数值大小的标准。即单位是度量某一物理量的基值，预先人为选定的 6)量纲分类：基本量纲和导出量纲。基本量纲彼此独立（长度L，温度Θ，质量M，时间T），导出量纲由基本量纲组合而成（密度，粘度系数，速度等）。 7) 量纲的和谐性及其应用 一个物理量的量纲与这个量的特性有关，与它的大小无关。 不同量纲的物理量不能加减，任何一个正确的物理方程中，各项量纲一定相同。 如果一个物理方程量纲和谐，则方程的形式不随量度单位的改变而改变。 1、（从传热角度）住新房和旧房的感觉一样么？ 1、由于水的导热系数远远大于空气,而新房墙壁含水较多,所以住新房感觉冷.

(完整版)流体力学与传热学试题及答案

流体力学与传热学试题及参考答案 一、填空题：（每空1分） 1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的 和边界层外的 合并考虑，并命名为给热。 答案：热传导；对流传热 2、在工程计算中，对两侧温度分别为t1,t2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是 或 。 答案；2 2 1λλλ+= - ；2 2 1t t += - λ 3、图3-2表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为 管程，管程流体的走向为 或 。 1 2 3 图3-2 3-18 附图 答案：4；2→4 →1→5→3；3→5→1→4→2 4、黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非 摄氏温度,即4 273300273600?? ? ??++=5.39。 5、3-24 用0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内，由20℃升至60℃，则管内壁的温度约为 。 答案：100℃ 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由20℃升至75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率0.65，则油的入口温度为 。 答案：104℃ 分析：Θε= 20 20 751--T =0.65 ∴1T =104℃ 1 2 3

7、因次分析法的基础是 ，又称因次的和谐性。 答案：因次的一致性 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的_____________。 答案：剪应力 9、如果管内流体流量增大1倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的 倍。 答案：2 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的 倍。 答案：4 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的_______________，即使____________很小，____________仍然很大，不容忽视。 答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的______ 与__ ____ 之比。 答案：惯性力；粘性力 13、滞流与湍流的本质区别是 。 答案：滞流无径向运动，湍流有径向运动； 二、问答题：（每小题8分） 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？ 答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。 如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个U 形管压差计中,同一水平面上的两点A 、B 或C 、D 的压强是否相等？ 水银 图1－1 1－1附图 12