面向余热回收的金刚石纳米流体重力热管强化传热研究

来源 | Functional Diamond

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

01背景介绍

余热回收在能源利用、减小碳排放提高碳中和中具有重要作用。重力热管依靠内部工质的循环相变传热，传热性能好，能够将余热高效传递到回收器中。重力热管的传热性能影响着余热回收效果，其传热能力越大，传递到回收器中的热量越多，被回收的热量也越多。因此在余热回收中提高重力热管的传热性能是重要的研究方向与热点之一。纳米金刚石具有优异的传热性能，能够分散在水中形成金刚石-水纳米流体作为重力热管的工质强化传热。然而，关于金刚石-水纳米流体在重力热管中的传热行为及其传热性能演变机制的相关研究尚不充分，充液率、质量分数和热流密度对于传热性能的影响规律尚需进一步探究。

02成果掠影

南京航空航天大学徐九华教授团队研究了金刚石-水纳米流体重力热管内部工质流动传热状态，进而分析了其传热行为。该研究阐明了金刚石-水纳米流体充液率和质量分数对流型的影响规律。

通过正交试验发现热流密度是影响传热性能最主要的因素，其次是充液率和质量分数。此外，优选出充液率为20%，质量分数为1%的重力热管在20×104 W/m2热流密度下具有最佳的传热性能，等效换热性能达到3485 W/(m2·℃)。该研究为深入理解金刚石-水重力热管传热行为，同时提高重力热管在余热回收中的传热性能提供了理论基础和基础数据。

研究成果以“Heat transfer enhancement by diamond nanofluid in gravity heat pipe for waste heat recovery”为题发表于《Functional Diamond》。

03图文导读

图1. GHP传热工艺示意图。

表1. 金刚石纳米流体的关键热物理性质.

 

图2. 纳米金刚石分布。

图3. 实验设置示意图。

表2. 实验条件。

 

图4. 在充满金刚石纳米流体的GHP中进行间歇性沸腾。

图5. 充满去离子水的GHP中的气泡流。

图6. 温室气体的流动模式填充：(a)去离子水，(b) 0.5 w.t.%，(c) 1 w.t.%，(d) 2 w.t.%金刚石纳米流体。

表3. 三个因素及相应的水平值。

表4. L18（43）正交实验表。

表5. 实验结果和范围分析。

 

图7. 不同因子水平下等效传热系数平均值的变化趋势。

审核编辑：汤梓红