[00144026]磁场作用下磁流体热管强化传热特性的研究

为了提高热管的传热速率,提出了一种利用外加磁场来强化纳米磁流体真空热管传热的实验研究方法,设计了纳米磁流体真空热管换热测试实验台,并且在不同种类、强度外加磁场作用下分别对纳米磁流体真空热管的传热进行了实验研究。研究发现,纳米磁流体热管在各种外界条件下都优于磁流体热管和水工质热管;各种磁场都能强化纳米磁流体热管的传热,其中静态直流磁场最能提高纳米磁流体热管的传热速率,最高提高率可达19.2%。通过实验数据处理与理论分析得到如下结论： （1）直流磁场、交流磁场和梯度磁场都能提高各种工质真空热管的传热速率,其中静态的直流磁场强化热管传热的效果最好。 （2）纳米磁流体热管优于磁流体热管,磁流体热管优于水工质热管。 一方面,在各种工况下纳米磁流体热管的传热速率都是最大的,磁流体热管其次,水工质热管最小。如在直流磁场作用下,纳米磁流体和磁流体真空热管的传热速率最大高出水工质真空热管的传热速率可达30%和21.1%。另一方面,在直流磁场和梯度磁场作用下,纳米磁流体热管传热速率的提高率都是最大的,磁流体热管其次;在交流磁场作用下,纳米磁流体热管传热速率的提高率与水工质热管相当。 （3）直流磁场最能强化热管的传热。 由于实验设备限制,只能提供最大为150GS的直流磁场,在此强度磁场作用下,水工质、磁流体和纳米磁流体真空热管的传热速率提高率分别为8.8%、15.6%和19.2%。如果磁场强度能进一步增大,热管的传热速率还有上升的趋势。 （4）交流磁场提高热管传热的速率有峰值,而且对水工质热管的强化效果最好。 交流磁场在7GS左右能使热管传热速率达到最大值,在此强度磁场作用下,水工质、磁流体和纳米磁流体真空热管的传热速率提高率分别为6.5%、4.3%和5.5%。交流磁场强度大于7GS后,随着磁场强度的增加,热管传热速率的提高率反而下降。 （5）梯度磁场提高热管传热速率不大。在50GS梯度磁场作用下,水工质、磁流体和纳米磁流体真空热管的传热速率提高率分别为3.4%、4.3%和4.9%。 在外磁场下纳米流体在真空热管中的换热特性的实验中,通过测试磁性纳米流体强化真空热管的换热性能,结合微尺度传热、外加磁场和纳米颗粒物化行为,深入地研究磁场、磁流体、纳米颗粒强化热管换热的规律。为将来优化设计先进高效热交换系统和制备磁性流体提供基本数据和科学依据。外磁作用下磁纳米流体强化换热的研究也将为解决高效传热、散热、热能回收等许多高科技领域方面的难题提供了新的方法和思路。如： （1） 利用纳米流体可以使发动机在更优化的温度下工作,使冷却系统做得更小、更轻,从而节省燃料耗量。 （2） 用于机械加工的刀具冷却,可提高工件的加工速度、精度,并延长刀具的使用寿命。 （3） 用于电力电子工业,散热问题是很多器件如计算机、微电子、微电机、大型电机、变压器、集成电路、通讯系统等的运行效率、速度、寿命的重要制约因素,高效纳米流体冷却技术则可发挥重要作用。 （4） 用于暖通空调系统的冷媒和太阳能回收中的热媒,可以大大提高其换热性能,减小体积,提高效率。 （5） 用于制造各种更高效的换热器、散热器和热管换热器件等。