粘弹性流体基纳米流体流变学物性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wupengzhi
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粘弹性表面活性剂溶液会大幅度地减小管道中的湍流流动阻力,但会导致传热恶化,而纳米流体强化换热的同时又导致了流动阻力的增大,将二者优势相结合,配制出粘弹性流体基纳米流体同时具有强化换热和流动减阻的特性,具有潜在的应用价值。流变学特性作为该类流体的最基本物性,既是理论研究和实际应用所必须用到的物性参数,又能从微观角度对流动机理进行分析研究。本文阐述了相关的流变学理论和流变学参数的测量方法,介绍了实验系统和粘弹性流体基纳米流体的配制方法。即以十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和水杨酸钠(NaSal)(1:1质量比)水溶液所形成的粘弹性流体为基液,以铜(Cu)、银(Ag)等纳米级颗粒作为纳米粒子。随后对配制出来的粘弹性流体基纳米流体的稳定性进行了分析,并通过实验确定了剪切时间对粘度测量结果没有影响以及该类流体具有明显的触变性。通过对不同基液浓度、纳米粒子种类、温度、纳米粒子体积分数的粘弹性流体基纳米流体的流变剪切粘度在0.01s-1到100s-1剪切率范围内进行测量,得到了剪切粘度随剪切率的变化。并通过回复和频率扫描实验对所配制纳米流体的松弛时间进行了测量。流变学测量结果表明所配制纳米流体的粘弹性主要取决于基液,但同时也受粒子种类的影响。对铜纳米粒子所形成的粘弹性流体基纳米流体的流变学结果进行详细分析的结果表明:铜纳米粒子加入能增大基液的零剪切粘度、加快剪切稀变的速度以及增强基液的粘弹性效果。同时,温度升高会导致流体的粘弹性减弱。通过对比分析O-4,FENE-P,Giesekus三种模型,确定以Giesekus本构模型作为剪切粘度实验关联式的理论基础,利用已有的实验数据,对各个参数进行拟合,得到仅与基液浓度、纳米粒子体积分数相关的实验关联式,并验证了其准确性。通过分析实验关联式得到的粘弹性流体基纳米流体的第一正应力差曲线,再一次验证了纳米粒子具有增强基液粘弹性的特性。在明确了流变学特性基础上,测量了不同剪切率下流体导热系数,结果表明剪切粘度与导热系数的变化趋势一致,纳米粒子能够增大导热系数。
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