[发明专利]氧化铝的胶态分散体

说明书

技术领域

本发明涉及一种热交换流体及其应用。

背景技术

热交换流体旨在冷却承受温度的许多设备，该温度对于设备的良好运行来说太高。

例如，它们用于冷却微处理器，车载电子板(onboard electronics)或热发动机或电发动机。

它们也用于核反应堆的冷却。

水是已知作为热交换流体的最好流体之一。

然而，在其中可添加添加剂(如乙二醇或丙二醇)，以防止它在过低的温度凝固。

然而，无论预期在哪减重，事实上能够使用少量的热交换流体(水，水+乙二醇)以达到相同、甚至更优良的热交换性能具有极大的优势。

因此，增加热交换流体的热导率是必要的。最近研究表明，向热交换流体中添加纳米颗粒显著地增加了热交换流体的热导率。这些新的热交换流体被称为纳米流体(CHOI(s.)-Enhancing Thermal Conductivity of Fluids with Nanoparticles(提高具有纳米颗粒的流体的热导率)，The American Society of Mechanical Engineers(美国机械工程师协会)，New York(纽约)，Vol.231/MD Vol.66：99-105，Nov.1995.，或YU(W.)，FRANCE(D.)，ROUTBORT(J.)和CHOI(S.)，Review and Comparison of Nanofluid Thermal Conductivity and Heat Transfer Enhancements(纳米流体热导率与热交换提高的回顾与比较)，Heat Transfer Engineering(热交换工程)，Vol.29，p.432-460(2008)，或DAS(S.)CHOI(S.)，YU(W.)和PRADEEP(T.)Nanofluids：Science and Technology.(纳米流体：科学与技术)，J.Wiley(2008))。

因此，人们对流体中加入各种类型的纳米颗粒以提高其热性能进行了广泛的研究，目前看来，所使用的纳米材料并不必须在本质上是由良好导热材料如金属组成，且对于热性能显著较低的材料，例如粘土或氧化物：埃洛石(halloysite)、锂皂石(laponite)、硅石(SiO₂)、氧化锌(ZnO)或氧化铝(Al₂O₃)也能得到可观的性能，这些材料是工业产品。参数如鲁棒性(robustness)也即在使用时间内纳米流体的稳定性，以及整体的能量平衡也即热导率的增加与流体粘度增加之间的折衷可被评价。

相比之下，在层流中，当增加的粘度小于增加的热导率5倍时，认为整体的能量平衡是正向的。

这是因为粘度的极大增加导致需要增加泵送单元的功率，这就抵消了全部或大部分通过增加热导率所获得的效果。

更特别地，由于氧化铝(γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃)及其水合衍生物(Al(OH)₃，、AlOOH)的工业有用性、极低的毒性以及可获得具有许多形状的纳米颗粒的可行性，故此进行了特别地研究，并且对以氧化物类型的材料来说其热导率良好(对于α-Al₂O₃，40m^-1K^-1)。

对于水合形式的氧化铝，热导率要低得多。

氧化铝颗粒的形状和尺寸对水的热导率的影响特别是由Timofeeva等人在“Particle shape effects on thermophysical properties of alumina nanofluids”(颗粒形状影响氧化铝纳米流体的热物理性能)，Journal ofApplied Physics(应用物理杂志)，106，014304(2009)中进行了研究。

该论文的结论是：与条状、板状或柱状的氧化铝相比，片状的氧化铝颗粒导致包含氧化铝的热交换流体的热导率的增加最低，此外，仍然同具有条状、板状或柱状的化学性质等同的氧化铝相比，片状的氧化铝是导致包含氧化铝的热交换流体粘度增加最大的氧化铝。

因此，在热交换流体中可用作添加剂的氧化铝颗粒中，那些具有片状的，也就是说最小尺寸为厚度的那些，也就是最不太适合的那些，这是因为热交换流体中具有相等重量百分比时，这些氧化铝表现出最弱的增加流体热导率能力，但另一方面，大大增加了流体的粘度。