项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

夏国栋

项目受资助机构

北京工业大学

立项年度

2019

立项时间

未公开

项目编号

51976002

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

60.00万元

学科

工程与材料科学-工程热物理与能源利用-传热传质学

学科代码

E-E06-E0603

基金类别

面上项目

关键词

微通道 ; 多相流 ; 纳米流体 ; 微流控反应 ; 微尺度传热 ;

参与者

陈永昌；李杰；马丹丹；吕远征；王佳豪；汤宇轩；王少锋；李奥

参与机构AI

北京工业大学

项目标书摘要：纳米流体这一概念的提出已有二十余年，国内外众多学者也开展了广泛深入的研究，但是由于制备方法和技术手段等方面的限制，依然存在着流体稳定性差、颗粒容易团聚进而影响传热性能等问题。因此，如何使纳米颗粒均匀、稳定地分散在液体介质中，形成分散性好、稳定性高、传热性能优异的纳米流体，是将纳米流体应用于工程传热领域必需首先解决的问题。与传统纳米流体制备方法相比，微流控反应系统可实现对纳米粒子粒径分布和化学稳定性的有效控制，反应获得的颗粒分散均匀，不易团聚。因此在高性能纳米流体制备领域具有良好的应用前景。为此，本课题申请拟以微流控反应技术制备纳米流体为切入点，研究纳米流体制备工艺、纳米粒子尺寸和浓度、分散剂种类和浓度以及工作温度等一系列参数对纳米流体综合性能的影响，并探索其在复杂结构微通道热沉中的强化换热机理，为新型强化换热工质在高热流密度微电子器件散热领域的应用提供必要的研究基础。

Application Abstract: The concept of nanofluids has been presented for twenty years,many domestic and foreign scholars have carried out extensive and in-depth research,however,since the restriction of technical methods such as preparation methods and technical means is still a tough problem,the stability of nanofluids and the agglomeration of particles still affect the heat transfer performance.Therefore,the top priority of the applications to nanofluids in engineering heat transfer field is making the nanoparticles evenly and stably dispersed in a liquid medium with the purpose of preparing good dispersion,high stability and excellent heat transfer performance nanofluids.Compared with the traditional preparation method,micro fluidic reaction system could realize the effective control of particle size distribution and chemical stability,the particles which obtained from the reaction are uniform and less agglomeration.Consequently,it has good application prospects in the field of high-performance nanofluids preparation.For this purpose,this argument intends to utilize the nanofluids preparation by means of using microfluidic reaction technology as the point-cut,research on the influence of nanofluids preparation technology,particle size and concentration,dispersant types and concentration as well as working temperature,and a series of other parameters of the comprehensive performance of nanofluids.After that we explore the enhanced heat transfer mechanism of nanofluids in the microchannel heat sink with complex structure,providing the necessary research foundation for the application of a new type of enhancing heat transfer medium for high heat flux electronics cooling.

项目受资助省

北京市

项目结题报告(全文)

纳米流体是纳米技术应用于强化传热领域的创新性研究，在液体中添加纳米粒子，可以显著提高液体的热导率，强化其传热性能。然而，如何使纳米颗粒均匀、稳定地分散在液体介质中，形成分散性好、稳定性高、传热性能优异的纳米流体，是将纳米流体应用于工程传热领域必须首先解决的问题。本项目以微电子器件散热为背景，在研发和改进微通道热沉的同时，从改善工质热物性的角度，开发传热性能优异的纳米流体。分别采用一步法和两步法制备系列纳米流体，研究纳米流体制备工艺、纳米粒子尺寸和浓度、流体种类及物性、分散剂种类和浓度以及工作温度等一系列参数对纳米流体综合性能的影响规律，并探索其在微通道热沉内的流动与传热特性；同时，开展复杂结构微通道内流动沸腾换热特性研究等。主要包括以下几方面工作：一是纳米流体制备及其综合性能测试。采用一步法制备水基Ag-Cu合金纳米流体、Ag-Pt合金纳米流体和Ag纳米流体；采用两步法制备水基Al2O3-TiO2复合纳米流体等。分别采用分光光度计、热物性分析仪、粘度计测试了纳米流体的稳定性、热导率和粘度，获得了纳米流体制备工艺、纳米粒子浓度、流体种类、分散剂种类和浓度以及工作温度等对纳米流体综合性能的影响规律。二是纳米流体在微小通道热沉内流动与传热特性研究。将两步法制备的水基Al2O3-TiO2复合纳米流体和水基TiO2纳米流体，以及一步法制备的Ag-Pt合金纳米流体应用于不同结构尺寸的微小通道热沉，探索微通道热沉结构型式、流体流量、流体物性、工作温度等一系列参数对纳米流体流动与传热特性的影响规律。结果表明，将纳米流体应用于传统微小通道热沉和复杂结构微通道热沉，均表现出较好的强化传热效果。三是复杂结构微通道内流动沸腾换热特性研究。采用温度场与流场可视化同步测量系统，实验研究了间断正弦波纹微通道内流动沸腾传热特性。结果表明，复杂结构微通道相比于矩形直通道具有沸腾起始点低、临界热流密度高、传热系数大等优势，其原因在于微结构有效增大了传热面积、增加汽化核心数、促进流体混合等。