面向余熱回收的金剛石納米流體重力熱管強(qiáng)化傳熱研究

來源|Functional Diamond

原文 |https://doi.org/10.1080/26941112.2022.2163594

01背景介紹

余熱回收在能源利用、減小碳排放提高碳中和中具有重要作用。重力熱管依靠內(nèi)部工質(zhì)的循環(huán)相變傳熱，傳熱性能好，能夠?qū)⒂酂岣咝鬟f到回收器中。重力熱管的傳熱性能影響著余熱回收效果，其傳熱能力越大，傳遞到回收器中的熱量越多，被回收的熱量也越多。因此在余熱回收中提高重力熱管的傳熱性能是重要的研究方向與熱點(diǎn)之一。納米金剛石具有優(yōu)異的傳熱性能，能夠分散在水中形成金剛石-水納米流體作為重力熱管的工質(zhì)強(qiáng)化傳熱。然而，關(guān)于金剛石-水納米流體在重力熱管中的傳熱行為及其傳熱性能演變機(jī)制的相關(guān)研究尚不充分，充液率、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和熱流密度對于傳熱性能的影響規(guī)律尚需進(jìn)一步探究。

02成果掠影

南京航空航天大學(xué)徐九華教授團(tuán)隊(duì)研究了金剛石-水納米流體重力熱管內(nèi)部工質(zhì)流動傳熱狀態(tài)，進(jìn)而分析了其傳熱行為。該研究闡明了金剛石-水納米流體充液率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對流型的影響規(guī)律。

通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)熱流密度是影響傳熱性能最主要的因素，其次是充液率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。此外，優(yōu)選出充液率為20%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的重力熱管在20×104W/m2熱流密度下具有最佳的傳熱性能，等效換熱性能達(dá)到3485 W/(m2·℃)。該研究為深入理解金剛石-水重力熱管傳熱行為，同時提高重力熱管在余熱回收中的傳熱性能提供了理論基礎(chǔ)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

研究成果以“Heat transfer enhancement by diamond nanofluid in gravity heat pipe for waste heat recovery”為題發(fā)表于《Functional Diamond》。

03圖文導(dǎo)讀

圖1. GHP傳熱工藝示意圖。

表1.金剛石納米流體的關(guān)鍵熱物理性質(zhì).

圖2. 納米金剛石分布。

圖3. 實(shí)驗(yàn)設(shè)置示意圖。

表2. 實(shí)驗(yàn)條件。

圖4. 在充滿金剛石納米流體的GHP中進(jìn)行間歇性沸騰。

圖5. 充滿去離子水的GHP中的氣泡流。

圖6. 溫室氣體的流動模式填充：(a)去離子水，(b) 0.5 w.t.%，(c) 1 w.t.%，(d) 2 w.t.%金剛石納米流體。

表3. 三個因素及相應(yīng)的水平值。

表4. L18（43）正交實(shí)驗(yàn)表。

表5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和范圍分析。

圖7. 不同因子水平下等效傳熱系數(shù)平均值的變化趨勢。

審核編輯：湯梓紅