[发明专利]碳管纳米流体的制备工艺及微通道传热工质

说明书

本发明公开碳管纳米流体的制备工艺及微通道传热工质，包括如下步骤：(1)准备原料：称取碳纳米管、TNWDIS水分散剂和去离子水备用，并将TNWDIS水分散剂溶解在基液水中形成分散剂水溶液；(2)将碳纳米管加入到分散剂水溶液中，并加入去离子水，搅拌；(3)乳化剪切；(4)超声分散。本发明通过加入分散剂、乳化剪切以及超声分散，制备得到碳管纳米流体的稳定性和分散性比较好，适合作为微通道传热工质。在层流状态下，本发明制备的碳管纳米流体的场协同性整体高于Cu和SiO₂纳米流体。当碳纳米管质量分数为1％，雷诺数为15时，碳管纳米流体、Cu纳米流体和SiO₂纳米流体的场协同角分别为65.13°、74.54°和77.84°。

技术领域

本发明涉及太阳能利用领域的传热流体。更具体地，涉及一种碳管纳米流体的制备工艺及微通道传热工质。

背景技术

随着有关强化传热技术研究的不断发展，水、油、醇等单一的换热工质由于其自身的导热率相对较低，已经不能完全适应当今的高效传热技术，而纳米流体的出现则可以弥补新一代强化传热技术在材料方面的空缺，纳米流体强化换热技术的研究一直是研究者关注的重点，与在基液中添加毫米或微米级粒子强化传热相比，纳米流体更适合于实际应用，已成为最具有吸引力的新型传热传质工质之一。由于纳米颗粒自身的小尺寸效应，其形态更近似于纯液体分子，具有很好的流通性，摩擦阻力小、不易造成堵塞且导热性能好，因此适用性更强。

Elena等在制备油基二氧化硅纳米流体时加入了不同活性剂，并通过磁力棒搅拌、超声震荡的方式使其充分混合，研究了在不同温度下其热物理性质随着活性剂以及质量分数的变化规律。Madhusree等制备了氧化铜纳米流体，基液是齿轮油并加入了油酸，氧化铜原生颗粒粒径为40nm，使用FTIR和DLS测量团聚情况；质量分数为1％的油酸加入后，可以使液体分散更为稳定，经过4h的超声震荡和2h的磁力搅拌后，得到的纳米流体经过30天的放置依然未出现明显的颗粒团聚。胡倩等对导热油纳米流体进行制备，制备方法为两步法，并分别采用KD2pro测试仪和旋转粘度计对制备好的纳米流体的导热率和粘度进行测试研究；安装试验台，分析了中高温范围内层流状态下闭式循环圆管内的换热特性。Dan Li等采用一步法制备了铜纳米颗粒，同时通过表面修饰的方法合成亲脂性铜纳米颗粒以提高其分散稳定性。以油酸作为活性剂，以煤油、甲苯和十氢化萘为基液，对所制备的纳米流体的导热性能进行研究。碳纳米管(CNTs)作为一种新型材料最初为日本Iijima所发现，它的理论导热率为6600W/m·K，实验值也可以达到3000W/m·K。Maxwell理论中指出，纳米流体的高热导率主要是由于所加入的颗粒其自身具有的热导率高，因此相关学者越来越多的关注都聚集到碳管纳米流体这种新一代的强化换热工质上来。马连湘等采用添加表面活性剂阿拉伯胶(GA)的方法制备碳管纳米流体，并对经球磨、酸化处理的碳管纳米流体热物性进行了研究。陈立飞运用机械球磨技术对碳管进行处理，将得到的碳管颗粒分散到乙二醇、丙三醇和硅油中制备纳米流体，所制备的纳米流体具有很好的稳定性和分散性。

通过众多对纳米流体的研究可以发现，纳米流体实验结果一致性的缺乏、纳米流体机理认识不够深入以及制备稳定纳米流体的效率不高等问题仍然亟待解决，因此，对高稳定性纳米流体的制备方法进行探究以及通过实验来研究纳米流体物性改变机理将成为今后的热点。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种稳定性和分散性好，且导热性能优异的碳管纳米流体制备工艺，并提供一种适用于太阳能发电系统中散热器的微通道传热工质。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

碳管纳米流体的制备工艺，包括如下步骤：

(1)准备原料：称取碳纳米管、TNWDIS水分散剂和去离子水备用，并将TNWDIS水分散剂溶解在基液水中形成分散剂水溶液；

(2)将碳纳米管加入到分散剂水溶液中，并加入去离子水，搅拌；

(3)乳化剪切；