关键词：纳米流体;;三维石墨烯;;冷却性能实验;;数值模拟
摘 要：在当今社会能源高效利用一直是时代发展不可回避的重要议题。新兴的纳米技术和石墨烯工业的发展为新型冷却液的制备和发展提供了有力支撑。相比传统的冷却液,石墨烯纳米粒子冷却液具有更好的传热性能。这种新型冷却液为改善发动机冷却性能提供了新的途径。本文通过实验和模拟方法研究了石墨烯纳米粒子溶液在发动机散热器中的传热性能。首先,以50%乙二醇水溶液为基液,采用两步法配制出四种不同质量分数(0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%)的石墨烯纳米粒子冷却液。然后,设计并搭建由风机、发动机散热器、加热循环装置、温度压力传感器、流量计等组成的试验台架,在该台架上试验并测量散热器不同入口温度、流速、粒子质量分数、风量等条件下出口温度和压力以及散热器的壁温。最后,应用三维流体仿真软件模拟散热器的出口温度和进出口压降,验证了实验的合理性和准确性。主要的结论如下:(1)增大石墨烯纳米粒子冷却液流速能够强化传热。在入口温度85℃条件下,0.1wt%纳米粒子溶液在流量1.2m3/h时的传热系数比0.6m3/h时提升了 14.3%。(2)增加石墨烯纳米粒子冷却液入口温度能够强化传热。在流量1.2m3/h条件下,0.1 wt%的纳米粒子溶液在85℃和75℃时的传热系数相对基液分别提高了 24%和13%。(3)增加石墨烯纳米粒子质量分数能够提高溶液的传热系数。在入口温度80℃条件下,0.1wt%的纳米粒子溶液在1.2m3/h时传热系数相比基液增加了 17%。而0.4wt%的纳米粒子溶液相比于0.1wt%的纳米粒子溶液,传热系数仅增加了 15%。(4)启动风机能够驱使散热器附近的空气进行强迫对流,增加传热量,从而增加冷却液的传热系数。在入口温度85℃、流量1.2m3/h条件下,0.1wt%的纳米粒子溶液的传热系数在风机转速1200r/min时相对无风提高了40.8%。(5)添加石墨烯纳米粒子导致冷却液的粘度增加,进而增加冷却液的流动阻力,减弱冷却液的传热强度。而实验数据表明添加石墨烯纳米粒子能够显著提升冷却液的传热系数。这说明添加石墨稀纳米粒子对增加冷却液传热系数所带来的正面影响远大于负面影响。
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