納米流體在封閉旋轉射流系統中強化換熱機理的研究

《納米流體在封閉旋轉射流系統中強化換熱機理的研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由於前鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米流體在封閉旋轉射流系統中強化換熱機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：於前鋒
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

旋轉射流強化傳熱技術廣泛套用在粒子加速器中靶的散熱，航空發動機葉片的冷卻，電子元器件的熱控制等領域。納米流體作為一種新型強化換熱工質近年來也被廣泛研究。然而，納米流體在旋轉射流中強化傳熱的規律目前還鮮有報導。本課題擬結合旋轉射流與納米流體兩種強化換熱技術，研究納米流體在旋轉射流系統中強化傳熱的機理。首先，利用一步法製得不同濃度的Cu-H2O納米懸浮液，測量所得到納米流體的導熱係數，比熱容等物性參數，定量分析納米流體的強化導熱現象；其次，利用自行搭建的熱工測試平台對納米流體在封閉旋轉射流系統中的強化對流換熱規律開展實驗研究；最後，對納米流體在旋轉射流系統中的換熱過程進行數值建模，結合實驗測量的結果與數值仿真技術對納米流體在旋轉射流系統中的換熱過程進行系統的研究，對納米流體在旋轉射流系統中的換熱機理進行探索。本研究對強流中子發生器中旋轉靶的設計具有直接的指導意義。

結題摘要

旋轉射流強化換熱技術廣泛套用在粒子加速器旋轉靶散熱、航空發動機葉片冷卻等，納米流體作為一種新型強化換熱工質近年來也被廣泛研究。然而，納米流體套用於旋轉射流系統，在之前的研究中鮮有報導。本項目將納米流體引入到封閉旋轉射流系統中，研究納米流體在封閉旋轉射流系統中的強化換熱效果和機理。利用分散法製備了具有不同納米顆粒體積濃度的Cu-H2O和Al-H2O納米流體；通過靜置觀察納米顆粒沉降現象和利用TEM觀測納米顆粒團聚特性，所製備納米流體分散穩定性滿足實驗研究；測量了所製備納米流體的熱導率、比熱容和粘度，參考文獻模型，建立了不同熱物性參數的預測表達式。開展了納米流體在封閉旋轉射流系統中強化換熱實驗和數值模擬研究，證實了納米流體在封閉旋轉射流系統中的強化換熱效果，揭示了納米顆粒體積濃度、旋轉速度和工質入口流速對換熱效率的影響規律，闡述了納米流體在封閉旋轉射流系統中的強化換熱機理，指出了旋轉、射流與納米流體三種強化換熱手段之間的協同/限制作用。本項目研究結果對進一步提高強流中子發生器旋轉靶散熱能力具有重要的指導意義。