[發(fā)明專利]碳管納米流體的制備工藝及微通道傳熱工質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710437376.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN107365571B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆素英;馬曉東;王峰;史志國;王興;田瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K5/08
• 分類號(hào): C09K5/08;C01B32/174;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京冠榆知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 魏振柯

本發(fā)明公開碳管納米流體的制備工藝及微通道傳熱工質(zhì)，包括如下步驟：(1)準(zhǔn)備原料：稱取碳納米管、TNWDIS水分散劑和去離子水備用，并將TNWDIS水分散劑溶解在基液水中形成分散劑水溶液；(2)將碳納米管加入到分散劑水溶液中，并加入去離子水，攪拌；(3)乳化剪切；(4)超聲分散。本發(fā)明通過加入分散劑、乳化剪切以及超聲分散，制備得到碳管納米流體的穩(wěn)定性和分散性比較好，適合作為微通道傳熱工質(zhì)。在層流狀態(tài)下，本發(fā)明制備的碳管納米流體的場協(xié)同性整體高于Cu和SiO₂納米流體。當(dāng)碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％，雷諾數(shù)為15時(shí)，碳管納米流體、Cu納米流體和SiO₂納米流體的場協(xié)同角分別為65.13°、74.54°和77.84°。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能利用領(lǐng)域的傳熱流體。更具體地，涉及一種碳管納米流體的制備工藝及微通道傳熱工質(zhì)。

背景技術(shù)

隨著有關(guān)強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究的不斷發(fā)展，水、油、醇等單一的換熱工質(zhì)由于其自身的導(dǎo)熱率相對(duì)較低，已經(jīng)不能完全適應(yīng)當(dāng)今的高效傳熱技術(shù)，而納米流體的出現(xiàn)則可以彌補(bǔ)新一代強(qiáng)化傳熱技術(shù)在材料方面的空缺，納米流體強(qiáng)化換熱技術(shù)的研究一直是研究者關(guān)注的重點(diǎn)，與在基液中添加毫米或微米級(jí)粒子強(qiáng)化傳熱相比，納米流體更適合于實(shí)際應(yīng)用，已成為最具有吸引力的新型傳熱傳質(zhì)工質(zhì)之一。由于納米顆粒自身的小尺寸效應(yīng)，其形態(tài)更近似于純液體分子，具有很好的流通性，摩擦阻力小、不易造成堵塞且導(dǎo)熱性能好，因此適用性更強(qiáng)。

Elena等在制備油基二氧化硅納米流體時(shí)加入了不同活性劑，并通過磁力棒攪拌、超聲震蕩的方式使其充分混合，研究了在不同溫度下其熱物理性質(zhì)隨著活性劑以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。Madhusree等制備了氧化銅納米流體，基液是齒輪油并加入了油酸，氧化銅原生顆粒粒徑為40nm，使用FTIR和DLS測(cè)量團(tuán)聚情況；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的油酸加入后，可以使液體分散更為穩(wěn)定，經(jīng)過4h的超聲震蕩和2h的磁力攪拌后，得到的納米流體經(jīng)過30天的放置依然未出現(xiàn)明顯的顆粒團(tuán)聚。胡倩等對(duì)導(dǎo)熱油納米流體進(jìn)行制備，制備方法為兩步法，并分別采用KD2pro測(cè)試儀和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)對(duì)制備好的納米流體的導(dǎo)熱率和粘度進(jìn)行測(cè)試研究；安裝試驗(yàn)臺(tái)，分析了中高溫范圍內(nèi)層流狀態(tài)下閉式循環(huán)圓管內(nèi)的換熱特性。Dan Li等采用一步法制備了銅納米顆粒，同時(shí)通過表面修飾的方法合成親脂性銅納米顆粒以提高其分散穩(wěn)定性。以油酸作為活性劑，以煤油、甲苯和十氫化萘為基液，對(duì)所制備的納米流體的導(dǎo)熱性能進(jìn)行研究。碳納米管(CNTs)作為一種新型材料最初為日本Iijima所發(fā)現(xiàn)，它的理論導(dǎo)熱率為6600W/m·K，實(shí)驗(yàn)值也可以達(dá)到3000W/m·K。Maxwell理論中指出，納米流體的高熱導(dǎo)率主要是由于所加入的顆粒其自身具有的熱導(dǎo)率高，因此相關(guān)學(xué)者越來越多的關(guān)注都聚集到碳管納米流體這種新一代的強(qiáng)化換熱工質(zhì)上來。馬連湘等采用添加表面活性劑阿拉伯膠(GA)的方法制備碳管納米流體，并對(duì)經(jīng)球磨、酸化處理的碳管納米流體熱物性進(jìn)行了研究。陳立飛運(yùn)用機(jī)械球磨技術(shù)對(duì)碳管進(jìn)行處理，將得到的碳管顆粒分散到乙二醇、丙三醇和硅油中制備納米流體，所制備的納米流體具有很好的穩(wěn)定性和分散性。

通過眾多對(duì)納米流體的研究可以發(fā)現(xiàn)，納米流體實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性的缺乏、納米流體機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠深入以及制備穩(wěn)定納米流體的效率不高等問題仍然亟待解決，因此，對(duì)高穩(wěn)定性納米流體的制備方法進(jìn)行探究以及通過實(shí)驗(yàn)來研究納米流體物性改變機(jī)理將成為今后的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種穩(wěn)定性和分散性好，且導(dǎo)熱性能優(yōu)異的碳管納米流體制備工藝，并提供一種適用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)中散熱器的微通道傳熱工質(zhì)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

碳管納米流體的制備工藝，包括如下步驟：

(1)準(zhǔn)備原料：稱取碳納米管、TNWDIS水分散劑和去離子水備用，并將TNWDIS水分散劑溶解在基液水中形成分散劑水溶液；

(2)將碳納米管加入到分散劑水溶液中，并加入去離子水，攪拌；

(3)乳化剪切；