667-纳米颗粒悬浮液的粘度、热扩散系数和Pr数和在线粘度计(黏度-).pdfVIP

自．美科乎遗展 第14卷第7期2004年7月 799 纳米颗粒悬浮液的粘度、热扩散系数与Pr数* 王补宣 周乐平 彭晓峰 清华大学热能工程系工程热物理研究所，北京100084 摘要 从纳米颗粒悬浮液有效导热系数、比热容和粘度等物性值，计算了对应的热扩散系数和 Pr数．采用硬球模型并考虑团聚体空间分布及颗粒表面吸附作用，解释了纳米颗粒悬浮液粘度增 大的原因．分析表明，纳米颗粒团聚体的形成和空间分布对悬浮液导热系数的影响大于对粘度的 影响． 关键词 纳米颗粒悬浮液粘度热扩散系数Pr数 nm的 纳米颗粒悬浮液作为一种新型的高效传热流 有效导热系数的装置，对颗粒平均直径为50 体，其输运性质的研究正引起越来越多的关注．对 氧化铜颗粒与去离子水的悬浮液(添加SDBS即十二 不同材料的纳米颗粒与不同基液的悬浮液有效导热 烷基苯磺酸钠作为分散剂)质量分数训为2％～4％ 系数的测试与分析的报道表明，纳米颗粒的加入将 时进行了导热系数的测量[6]．与此同时，使用Ubbe． 显著增大液体的导热系数，但对增大机理的认识并 10hde型毛细管粘度计在不同温度下对低浓度氧化铜 不一致[1--5]．我们运用有效介质近似和分形理论建纳米颗粒与水的悬浮液粘度进行了测量[x2]． 立了有关的预示计算模型，计算结果有效地反映出 图1和2分别示出不同颗粒体积分数拳下，氧 低浓度氧化铜纳米颗粒悬浮液有效导热系数的变化 化铜一水纳米颗粒悬浮液的粘度和相对粘度的变化趋 趋势№J．纳米颗粒悬浮液的粘度也表现出不同于常 向：随着颗粒浓度的增加，悬浮液粘度先减小，然 规颗粒悬浮液粘度的变化规律，文献[7～13]主要分后又近似线性地增大，分散剂的加入能显著增大悬 析了颗粒体积浓度、pH值和添加分散剂等因素影 浮液粘度． 响．需要进一步分析纳米颗粒的空间分布、颗粒布 朗运动等可能导致颗粒的团聚以及颗粒表面吸附等 2低浓度纳米颗粒悬浮液的粘度 因素的影响． 2．1低浓度悬浮液粘度的经典预示 本文从纳米颗粒形成的团聚体及其空间分布的 对低浓度(声2％)的硬球颗粒悬浮液，按Ein— 描述出发，考虑颗粒表面的吸附使纳米颗粒悬浮液 stein【14 J假设，悬浮颗粒间的相互作用忽略不计，悬 粘度增大的机理，尝试诠释极稀浓度悬浮液相对粘 浮液的流动处于层流流动，悬浮液粘度是所有悬浮 度偏低的现象．本文还从已知导热系数、比热容和 颗粒对整个流体剪切力场贡献的总和，由此推导的 粘度数据资料计算分析纳米颗粒悬浮液的热扩散系 颗粒悬浮液的粘度式为 数和Pr数随颗粒体积浓度的变化趋势． 1实验研究 7=叩f(1+2．5拳)， (1) 设计了一套利用准稳态方法的快速测量悬浮液 式中r／和叩f分别为悬浮液和基液粘度．Batche一 2003．10．13收稿，2004—01．15收修改稿 *国家自然科学基金资助项目(批准号3) E-mail：bxwang@mail．tsinghua．edu．crl 万方数据 自．翌科荸遗展 第14卷第7期2004年7月 lor[15]和