磁纳米流体强化传热特性与相间作用

纳米流体是一种新型传热工质，近年来成为国内外研究的热点。相较于传统传热工质，纳米流体具有出色的导热性能。而磁纳米流体作为纳米流体的一种特殊形式，除具备纳米流体几乎所有的特性外，当改变磁纳米的颗粒种类和磁场参数时，在传热性能大幅度提升的同时也表现出极大地可控性。 本书以几种纳米流体作为研究对象，对其制备过程进行研究，尝试找到解决纳米流体稳定性差的方法；通过理论研究、对流传热系统实验与CFD仿真相互结合的方法研究磁纳米的颗粒种类、体积分数、进口温度、流动状态以及磁场的变化对纳米流体热导率的影响。

本书分析了纳米流体/磁纳米流体的制备、稳定性、传热及流动等物理和化学特性；探讨了纳米流体和磁纳米流体传热研究中所存在多种不统一、不确定性问题；综合考虑超声波振荡、表面活性剂种类、配备、pH值和物理搅拌方法五种影响因素，探究了磁性、非磁性纳米流体稳定性变化规律。通过理论分析、数值模拟和实验研究对不同条件下纳米流体的对流传热特性变化规律和传热机理进行研究。本书分析了磁纳米流体传热性能与各影响因素的关系，可为能源、纳米材料、强化传热等领域的本科、研究生及相关科研人员提供一定的参考。

无

第1章纳米及磁纳米流体的物理和化学特性
1.1纳米流体的研究意义2
1.2纳米流体的属性及特点3
1.2.1纳米流体的制备方法3
1.2.2纳米流体的传热特性5
1.2.3纳米流体的流动特性9
1.2.4纳米流体的稳定性11
1.3磁纳米流体的特性14
1.3.1磁纳米颗粒的制备方法14
1.3.2磁纳米流体的物理性质14
1.3.3磁纳米流体的传热特性16
1.3.4磁纳米流体的应用18
1.4纳米流体传热传质理论基础19
1.4.1纳米流体中的传热19
1.4.2纳米流体中的传质20
1.5纳米流体的应用21
1.5.1制冷场合的应用21
1.5.2太阳能的应用22
1.5.3其他应用场合23
1.6小结23
第2章纳米及磁纳米流体传热研究中的不确定性问题
2.1纳米流体传热问题研究中的困境25
2.2热物性参数的不一致性27
2.2.1不同参数对热导率的不稳定性及不精准性的影响28
2.2.2对黏度的不稳定性的影响32
2.3对流换热性能实验结果的不一致性36
2.4纳米颗粒聚集时的反常行为40
2.5传热机理研究的不一致性41
2.5.1理论模型预测42
2.5.2有效介质理论43
2.5.3布朗运动机制46
2.5.4团聚行为47
2.5.5液体层效应49
2.5.6神经网络预测模型53
2.6小结54
第3章磁纳米流体制备及稳定性分析
3.1磁纳米流体制备及稳定性研究进展56
3.2磁纳米流体制备及稳定性测试57
3.3磁纳米流体稳定性研究60
3.3.1超声波振荡和表面活性剂的影响60
3.3.2表面活性剂种类及配比的影响62
3.3.3pH值的影响65
3.3.4不同物理搅拌法的影响68
3.4小结70
第4章磁激励下磁纳米流体对流换热机理分析
4.1传热模型研究进展71
4.1.1纳米流体热导率及黏度模型研究71
4.1.2纳米流体强化对流换热研究74
4.2物理、化学外部因素对热导率的影响76
4.2.1纳米颗粒大小、形状对热导率的影响76
4.2.2体积分数对热导率的影响77
4.2.3温度对热导率的影响77
4.2.4团聚度对热导率的影响78
4.2.5pH值对热导率的影响78
4.2.6添加剂和稳定性对热导率的影响78
4.2.7磁场对热导率的影响79
4.3纳米流体的传热机制80
4.3.1传热静态机制80
4.3.2传热动态机制82
4.3.3其他预测模型93
4.4磁场作用下磁纳米颗粒相间作用及受力分析97
4.5磁场作用下磁纳米流体控制方程及传热机理定量分析98
4.6小结104
第5章管道中强制对流传热特性数值研究方法
5.1数值模拟几何模型与计算方法验证108
5.1.1几何模型及边界条件108
5.1.2数值仿真理论109
5.1.3数据简化与处理113
5.1.4网格独立性验证114
5.1.5计算方法验证115
5.2无磁场时管道中强制对流换热传热数值研究117
5.3磁激励下管道中强制对流换热传热数值研究122
5.3.1磁场布置方式对传热特性的影响122
5.3.2垂直匀强磁场对传热特性的影响126
5.3.3垂直交变磁场对传热特性的影响131
5.4小结140
第6章管道中强制对流传热特性实验研究与分析
6.1实验台架及实验过程141
6.1.1实验装置构成141
6.1.2实验步骤及注意事项143
6.1.3实验数据处理方法144
6.1.4实验系统不确定性分析145
6.1.5实验系统可靠性分析146
6.2无磁场时管道中强制对流换热传热实验研究147
6.3磁激励下管道中强制对流换热传热实验研究149
6.3.1磁场布置对传热特性的影响150
6.3.2垂直匀强磁场对传热特性的影响152
6.3.3垂直交变磁场对传热特性的影响157
6.4外磁场对纳米流体流动阻力的影响164
6.5数值模拟与实验研究数据对比分析166
6.5.1无磁场下数值模拟与实验数据对比166
6.5.2局部磁场下数值模拟与实验数据对比167
6.5.3匀强磁场下数值模拟与实验数据对比168
6.5.4交变磁场下数值模拟与实验数据对比169
6.5.5实验数据与数值模拟数据误差分析171
6.6小结172
第7章磁纳米流体多孔介质特性及颗粒相间作用
7.1磁纳米流体多孔介质视角特性及相间作用173
7.1.1磁纳米流体多孔介质特性173
7.1.2磁纳米流体三分区内部结构及分形特性175
7.1.3磁纳米流体多孔介质的基本参数176
7.2磁纳米流体多孔介质视角研究现状180
7.3磁纳米流体多孔介质传热及流动特性182
7.4多孔介质视角传热及流动特性研究方向184
7.5小结186
参考文献