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纳米流体作为一种新型的换热工质,具有高导热系数的特点,能在换热系统中增强传统的换热工质(例如水、油、醇等)很难满足的传热。但是流体中的纳米颗粒因为巨大的表面能会发生团聚,团聚体到达一定程度后受重力会发生沉降,使得纳米流体退化为普通流体,失去良好的传热性能。在本文中,我们针对提高纳米流体分散稳定性的方法进行了研究,提出了一种使纳米颗粒分散和均匀地负载在纳米碟片上,控制其团聚体大小的方法,提高纳米流体的分散稳定性。具体工作如下:
1.使用水热法制备层状化合物磷酸锆(zrP)纳米碟片,并使用硅烷偶联剂一一异氰酸丙基三乙氧基硅烷(口TS)对其进行表面改性,然后与分散好的Ti02悬浮液混合,使Ti02颗粒负载在ZrP碟片表面,最后使用四丁基氢氧化铵(TBAOH)对层状化合物进行剥离。通过使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析仪、激光粒度分析仪和傅里叶红外光谱仪等对制备的样品进行分析,结果显示:使用水热法合成的ZrP具有纯度高,粒径分布均匀,剥离形态完整的特点。通过IPTS的偶联作用,将ZrP与Ti02纳米颗粒连接在一起,形成ZrP碟片负载Ti02纳米颗粒的新型复合颗粒,并且复合颗粒中Ti02与ZrP的质量比对其形貌起决定性影响作用,当Ti02与ZrP的质量比为1:2时,单个碟片所负载的颗粒数目最多,且没有多余的颗粒散落在碟片周围,是实验范围内,复合纳米颗粒的最佳配比。
2.选取Ti02与ZrP质量比为1:2的ZrP负载Ti02纳米流体,相同质量比的Ti02和ZrP混合悬浮液,质量分数为2%的ZrP胶体,质量分数为1%的Ti02纳米流体和去离子水作为样品,使用旋转流变仪和Hot disk热常数分析仪对其进行流变特性和导热系数进行测试。结果显示:除去离子水外,其他所有样品均为非牛顿流体,在ZrP负载Ti02的纳米流体和Ti02与ZrP的混合悬浮液中,ZrP起到了减缓剪切变稀速率和增加平均粘度的作用。Ti02纳米流体具有最高的导热系数为0.778 W/’(m·K),相对于水提高了26.3%。在Ti02.ZrP纳米流体和TiOJZrP混合悬浮液中,ZrP起到了减小悬浮液导热系数的作用。但Ti02一ZrP(1:2)纳米流体的导热系数仍然相对于去离子水提高了13.1%。
3.选取相同的样品,使用沉降观测法对其稳定性进行研究,使用激光粒度分析仪对制备之初和沉降后的样品进行粒径分布测试,并对ZrP碟片提高Ti02纳米流体稳定性的机理进行了分析。沉降观测结果显示,在50天的实验时间范围内,ZrP胶体几乎不发生沉降,具有最佳的稳定性,其余的含有Ti02纳米颗粒的悬浮液,稳定性从大到小为:Ti02.ZrP>Ti02/ZrP>Ti02.粒径分布结果显示,ZrP的粒径几乎不发生变化,Ti02纳米颗粒团聚严重,Ti02.ZrP颗粒虽然发生团聚,但团聚体大小和数量都大大减少。未负载颗粒的ZrP碟片增加悬浮液的粘度,负载颗粒的ZrP碟片控制团聚体的大小,是ZrP碟片提高悬浮液稳定性的两个主要原因。