纳米流体强化传热微对流机理及微尺度效应研究

将"纳米流体强化传热"概念引入热能工程，既是对热能工程研究的开拓创新，同时，也将面临更新的理论挑战。由"纳米流体强化传热"引发的大量基础问题，都无法用基于静态的经典平均场理论解决。因此，针对纳米流体强化传热中的"微对流机制"的深入、系统研究，是深入开展相关实验研究的关键问题。本申请从温度场变化、布朗运动和颗粒间作用出发，提出纳米流体强化传热的动力学模型；结合纳米颗粒的小尺寸效应、形状效应和传热中间"壳层"的作用，从颗粒的几何致物理各项异性角度出发，完善（建立）静态的微分有效媒质强化传热模型。综合静态和微对流动力学模型，建立能考察粘滞度、热扩散系数、温度效应等更多实验参数的合理的纳米流体强化传热模型，并对纳米流体的缺乏"热渗流"等现象给出解释，为纳米流体的深入应用，以及复杂纳米流体体系的设计提供理论支持。

将"纳米流体强化传热"概念引入热能工程，既是对热能工程研究的开拓创新，同时，也将面临更新的理论挑战。由"纳米流体强化传热"引发的大量基础问题，都无法用基于静态的经典平均场理论解决。针对纳米流体强化传热中的"微对流机制"的深入、系统研究，是深入开展相关实验研究的关键问题。. 在本基金研究中，我们成功制备了高热导率的石墨纳米片状材料及特殊形状的NiS2形状迷你晶体材料。用实验制备的纳米材料，完成了高粘度沥青/石墨纳米流体、沥青/漂珠纳米流体、石墨纳米片/油纳米流体、石墨纳米片/聚酰亚胺纳米流体制备。通过实验测量了所制备纳米流体的有效热导率和电导率，在小体积份数添加下获得了较高的有效热导率及电导率增强。并在石墨纳米片/聚酰亚胺纳米流体体系中观察到了较低体积份数的电导率的渗流阈值行为。同时我们发展了微分有效媒质理论，综合静态和微对流动力学模型，建立了能考察纳米颗粒形状效应、温度效应、尺寸效应等更多实验参数的合理的纳米流体强化传热模型，并对纳米流体渗流阈值问题等现象给出了机理解释。本研究为纳米流体的深入应用，以及复杂纳米流体体系的设计提供理论支持。