纳米流场中纳米颗粒动态行为的激光散斑监测(2)
Keyword：Nanofluids, Laser speckle Velocimetry, Zero-Crossing Method，Signalde-noising
目 次
摘要I
AbstractII
1 引言1
1.1 纳米流体的概述1
1.2 国内外研究发展状况1
2 传热冷却性能提高的机理3
2.1 纳米流体的导热性能和导热系数 3
2.2 纳米流体的导热机理及其影响因素 4
3 散斑计量技术在流体速度测量中的应用 6
3.1 激光测量流体速度的方法6
3.1.1 激光多普勒测速技术(LDV) 7
3.1.2 粒子成像测速技术（PIV）和激光散斑测速技术（LSV）7
3.2 本章小结 8
4 散斑的发展过程及统计特性 9
4.1 散斑的发展过程9
4.2 散斑的统计特性 10
5 散斑测速的基础 10
5.1 交叉-相关法 10
5.2 过零法 13
6 激光散斑过零法测量纳米流体内纳米颗粒的速度 16
6.1 实验装置16
6.1.1 激光动态散斑系统16
6.1.2 动态散斑测试系统17
6.2实验步骤 17
6.3 结论与分析18
结论22
致谢23
参考文献24
1.引言
1.1 纳米流体的概述
随着科学技术的高速发展，热交换设备的传热负荷和强度不断加大，传统的换热介质如水，乙醇，乙二醇已经很难满足一些特殊条件下的传热冷却要求。而提高液体的换热能力的一种有效办法是在其中加入金属或者非金属的固体粒子。这是因为大多数固体的热导率要大于液体。然而，由于毫米或者微米级的悬浮粒子在实际应用中容易引起换热设备的磨损与堵塞等不良结果。大大限制了其在工业生产中的实际作用。随着纳米技术的飞速发展，科学家相继提出了纳米流体的概念。
1995年, 美国Argonne 国家实验室的Choi等人[1]首次提出了一个崭新的概念—纳米流体。纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水，醇，油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质。Choi指出，在同样的传热负荷条件下，如果要使传热效率加大2倍，使用纯液体工质的换热设备需要耗费10倍的泵功率。而如果采用导热系数大了3倍的纳米流体作为传热工质，则不需要增加泵功率就可使传热设备的传热效率增加2倍。
近十几年来，美国、日本等国的一些学者已开展了一些相应的研究工作，并初步取得了一些研究成果。研究表明，纳米流体相对于传统的换热介质其导热系数要大很多，也就是说有更好的传热性能。但是总体而言，纳米流体的研究还是处于起步阶段。悬浮液中的纳米颗粒的分布及稳定性还有待深入研究。
1.2 国内外研究发展状况
2. 传热冷却性能提高的机理
2.1 纳米流体的导热性能和导热系数
添加纳米粒子能够显著提高流体导热性能，其主要原因是纳米微粒增加了换热流体的热容量和固液相表面积，增大了流体的导热系数，增强了粒子与粒子、粒子于液体及粒子与壁面之间的相互作用及碰撞从而增强了传热。对在液体中添加毫米或微米级固体粒子以提高导热系数的传统理论分析中，都是基于以下观点：混合物中固体粒子是静止的，粒子与液体间没有相对运动，粒子强化混合物导热系数的原因是因为固体粒子的导热系数比液体大许多，粒子的加入改变了液体的结构，强化了混合物内部的能量传递过程，使得导热系数增大。据此，许多学者，如Maxwell、Hamilton和Crosser、Rayleigh、Davis、Jeffrey等提出了一些计算导热系数的模型，但实验研究表明，这些模型可使用于传统的悬浮有毫米或微米级固体粒子的混合物流体，对纳米流体并不适用，纳米流体的导热系数远大于这些模型的计算值。因此，以上这些传统理论模型不适用于纳米流体。目前还没有一个比较精确的模型以计算纳米流体的导热系数，必须通过实验来确定纳米流体的导热系数，如用瞬态热线法来确定纳米流体的导热系数[8]。
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