搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

水基ZnO纳米流体电导和热导性能研究 

李屹同 沈谅平 王浩 汪汉斌

引用本文:
Citation:

水基ZnO纳米流体电导和热导性能研究 

李屹同, 沈谅平, 王浩, 汪汉斌

Investigation on the thermal and electrical conductivity of water based zinc oxide nanofluids

Li Yi-Tong, Shen Liang-Ping, Wang Hao, Wang Han-Bin
PDF
导出引用
  • 利用水热法生成了形状规则、粒径均匀的球形ZnO纳米颗粒, 并超声分散于水中, 制备得到稳定的水基ZnO纳米流体. 实验测量水基ZnO纳米流体在体积分数和温度变化时的电导率, 并测试室温下水基ZnO纳米流体在不同体积分数下的热导率. 实验结果表明, ZnO纳米颗粒的添加较大地提高了基液(纯水)的热导率和电导率, 水基ZnO纳米流体的电导率随纳米颗粒体积分数增加呈非线性增加关系, 而电导率随温度变化呈现出拟线性关系; 纳米流体的热导率与纳米颗粒体积分数增加呈近似线性增加关系. 本文在经典Maxwell热导模型和布朗动力学理论的基础上, 同时考虑了吸附层、团聚体和布朗运动等因素对热导率的影响, 提出了热导率修正模型.将修正模型预测值与实验值对比, 结果表明修正模型可以较为准确地计算出纳米流体的热导率.
    Spherical ZnO nanoparticles each with a uniform size are synthesized by a hydrothermal method. These ZnO nanoparticles are then dispersed into water by ultrasonic vibrating to form stable nanofluids. The electrical conductivity of water-based ZnO nanofluids with a variety of temperature and volumetric fractions are investigated. The volumetric-fraction-dependent thermal conductivity is also measured at room temperature. Experiments indicate that the electrical conductivity of ZnO nanofluid reveals a non-linear relationship versus volumetric fraction. However, it presents a quasi linear relationship versus temperature. The thermal conductivity is enhanced nearly linearly with volumetric fraction increasing. Moreover, a modified model is established based on Maxwell thermal conductivity model and Brownian dynamics theory by considering boundary adsorption layer, aggregation and Brownian motion of nanoparticles in the fluid. The expected thermal conductivity values based on the modified model are in good agreement with our experimental data, suggesting that our modified model might be more accurately adapted to the nanofluids thermal conductivity.
    [1]

    Das S K, Choi S U S, Patel H 2006 Heat Transfer Eng. 27 3

    [2]

    Li Y J, Zhou J E, Tung S, Schneider E, Xi S Q 2009 Powder Technol. 196 89

    [3]

    Xie H Q, Chen L F 2009 Acta Phys. Sin. 58 2513 (in Chinese) [谢华清, 陈立飞 2009 物理学报 58 2513]

    [4]

    Choi S U S, Siginer D A, Wang H P 1995 Developments and Applications of non-Newtonian Flows (New York: The American Society of Mechanical Engineers) p99

    [5]

    Saidura R, Leongb K Y, Mohammadc H A 2011 Renew. Sust. Energ. Rev. 15 1646

    [6]

    Shen L P, Wang H, Dong M, Ma Z C, Wang H B 2012 Phys. Lett. A 376 1053

    [7]

    Saleh R, Putra N, Prakoso S P, Septiadi W N 2013 Int. J. Therm. Sci. 63 125

    [8]

    Lee G J, Kim C K, Lee M K, Rhee C K, Kim S, Kim C 2012 Thermochim. Acta 542 24

    [9]

    Yu W, Xie H Q, Chen L F, Li Y 2009 Thermochim. Acta 491 92

    [10]

    Suganthi K S, Rajan K S 2012 Asian J .Sci. Res. 5 207

    [11]

    Hong J, Kim S H, Kim D 2007 J. Phys. 59 301

    [12]

    Zhang L L, Ding Y L, Povey M 2008 Prog. Nat. Sci. 18 939

    [13]

    Shen L P 2012 Ph. D. Dissertation (Wuhan: Huazhong University of Science and Technology) (in Chinese) [沈谅平 2012 博士学位论文 (武汉: 华中科技大学)]

    [14]

    Jiang W T 2009 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Shanghai Jiao Tong University) (in Chinese) [姜未汀 2009 博士学位论文(上海: 上海交通大学)]

    [15]

    Maxwell J C 1981 A Treatise on Electricity and Magnetism (Oxford: Clarendon Press) p440

    [16]

    Xie H Q, Xi T G, Wang J C 2003 Acta Phys. Sin. 52 1444 (in Chinese) [谢华清, 奚铜庚, 王锦昌 2003 物理学报 52 1444]

    [17]

    Yu W, Choi S 2003 J. Nanopart. Res. 5 167

    [18]

    Xuan Y M, Li Q, Hu W F 2003 AICHE J. 49 1038

    [19]

    Ding G L, Jiang W T, Peng H, Hu H T 2010 J. Eng. Thermophys. Rus. 31 1281 (in Chinese) [丁国良, 姜未汀, 彭 浩, 胡海涛 2010工程热物理学报 31 1281]

    [20]

    Wang B X, Zhou L Z, Peng X F 2003 Int. J. Heat Mass Trans. 46 2665

  • [1]

    Das S K, Choi S U S, Patel H 2006 Heat Transfer Eng. 27 3

    [2]

    Li Y J, Zhou J E, Tung S, Schneider E, Xi S Q 2009 Powder Technol. 196 89

    [3]

    Xie H Q, Chen L F 2009 Acta Phys. Sin. 58 2513 (in Chinese) [谢华清, 陈立飞 2009 物理学报 58 2513]

    [4]

    Choi S U S, Siginer D A, Wang H P 1995 Developments and Applications of non-Newtonian Flows (New York: The American Society of Mechanical Engineers) p99

    [5]

    Saidura R, Leongb K Y, Mohammadc H A 2011 Renew. Sust. Energ. Rev. 15 1646

    [6]

    Shen L P, Wang H, Dong M, Ma Z C, Wang H B 2012 Phys. Lett. A 376 1053

    [7]

    Saleh R, Putra N, Prakoso S P, Septiadi W N 2013 Int. J. Therm. Sci. 63 125

    [8]

    Lee G J, Kim C K, Lee M K, Rhee C K, Kim S, Kim C 2012 Thermochim. Acta 542 24

    [9]

    Yu W, Xie H Q, Chen L F, Li Y 2009 Thermochim. Acta 491 92

    [10]

    Suganthi K S, Rajan K S 2012 Asian J .Sci. Res. 5 207

    [11]

    Hong J, Kim S H, Kim D 2007 J. Phys. 59 301

    [12]

    Zhang L L, Ding Y L, Povey M 2008 Prog. Nat. Sci. 18 939

    [13]

    Shen L P 2012 Ph. D. Dissertation (Wuhan: Huazhong University of Science and Technology) (in Chinese) [沈谅平 2012 博士学位论文 (武汉: 华中科技大学)]

    [14]

    Jiang W T 2009 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Shanghai Jiao Tong University) (in Chinese) [姜未汀 2009 博士学位论文(上海: 上海交通大学)]

    [15]

    Maxwell J C 1981 A Treatise on Electricity and Magnetism (Oxford: Clarendon Press) p440

    [16]

    Xie H Q, Xi T G, Wang J C 2003 Acta Phys. Sin. 52 1444 (in Chinese) [谢华清, 奚铜庚, 王锦昌 2003 物理学报 52 1444]

    [17]

    Yu W, Choi S 2003 J. Nanopart. Res. 5 167

    [18]

    Xuan Y M, Li Q, Hu W F 2003 AICHE J. 49 1038

    [19]

    Ding G L, Jiang W T, Peng H, Hu H T 2010 J. Eng. Thermophys. Rus. 31 1281 (in Chinese) [丁国良, 姜未汀, 彭 浩, 胡海涛 2010工程热物理学报 31 1281]

    [20]

    Wang B X, Zhou L Z, Peng X F 2003 Int. J. Heat Mass Trans. 46 2665

  • [1] 曹炳阳, 张梓彤. 热智能材料及其在空间热控中的应用. 物理学报, 2022, 71(1): 014401. doi: 10.7498/aps.71.20211889
    [2] 邵春瑞, 李海洋, 王军, 夏国栋. 多孔结构体材料热整流效应. 物理学报, 2021, 70(23): 236501. doi: 10.7498/aps.70.20211285
    [3] 唐道胜, 华钰超, 周艳光, 曹炳阳. GaN薄膜的热导率模型研究. 物理学报, 2021, 70(4): 045101. doi: 10.7498/aps.70.20201611
    [4] 刘英光, 边永庆, 韩中合. 包含倾斜晶界的双晶ZnO的热输运行为. 物理学报, 2020, 69(3): 033101. doi: 10.7498/aps.69.20190627
    [5] 傅重源, 邢淞, 沈涛, 邰博, 董前民, 舒海波, 梁培. 水热法合成纳米花状二硫化钼及其微观结构表征. 物理学报, 2015, 64(1): 016102. doi: 10.7498/aps.64.016102
    [6] 陈先梅, 郜小勇, 张飒, 刘红涛. 醋酸锌热解温度对ZnO纳米棒的结构及光学性质的影响. 物理学报, 2013, 62(4): 049102. doi: 10.7498/aps.62.049102
    [7] 陈先梅, 王晓霞, 郜小勇, 赵显伟, 刘红涛, 张飒. 掺银氧化锌纳米棒的水热法制备研究. 物理学报, 2013, 62(5): 056104. doi: 10.7498/aps.62.056104
    [8] 李威, 冯妍卉, 唐晶晶, 张欣欣. 碳纳米管Y形分子结的热导率与热整流现象. 物理学报, 2013, 62(7): 076107. doi: 10.7498/aps.62.076107
    [9] 伍君博, 唐新桂, 贾振华, 陈东阁, 蒋艳平, 刘秋香. 钇和镧掺杂氧化铝陶瓷的热导及其介电弛豫特性研究. 物理学报, 2012, 61(20): 207702. doi: 10.7498/aps.61.207702
    [10] 朱明原, 刘聪, 薄伟强, 舒佳武, 胡业旻, 金红明, 王世伟, 李瑛. 脉冲磁场下水热法制备Cr掺杂ZnO稀磁半导体晶体. 物理学报, 2012, 61(7): 078106. doi: 10.7498/aps.61.078106
    [11] 王世伟, 朱明原, 钟民, 刘聪, 李瑛, 胡业旻, 金红明. 脉冲磁场对水热法制备Mn掺杂ZnO稀磁半导体的影响. 物理学报, 2012, 61(19): 198103. doi: 10.7498/aps.61.198103
    [12] 刘佳, 徐玲玲, 张海霖, 吕威, 朱琳, 高红, 张喜田. 一步水热法在Al掺杂ZnO纳米盘上可控自组装合成ZnO纳米棒阵列. 物理学报, 2012, 61(2): 027802. doi: 10.7498/aps.61.027802
    [13] 孙家跃, 曹纯, 杜海燕. NaLa(MoO4)2∶Eu3+的水热调控合成与发光特性研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127801. doi: 10.7498/aps.60.127801
    [14] 新梅, 曹望和. 水热法制备ZnS:Cu,Tm超细X射线发光粉. 物理学报, 2010, 59(8): 5833-5838. doi: 10.7498/aps.59.5833
    [15] 张爱平, 张进治. 水热法制备不同形貌和结构的BiVO4粉末. 物理学报, 2009, 58(4): 2336-2344. doi: 10.7498/aps.58.2336
    [16] 何国荣, 郑婉华, 渠红伟, 杨国华, 王 青, 曹玉莲, 陈良惠. 键合界面对面发射激光器光与热性质的影响. 物理学报, 2008, 57(3): 1840-1845. doi: 10.7498/aps.57.1840
    [17] 全荣辉, 韩建伟, 黄建国, 张振龙. 电介质材料辐射感应电导率的模型研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6642-6647. doi: 10.7498/aps.56.6642
    [18] 吴国强, 孔宪仁, 孙兆伟, 王亚辉. 氩晶体薄膜法向热导率的分子动力学模拟. 物理学报, 2006, 55(1): 1-5. doi: 10.7498/aps.55.1
    [19] 杨宏顺, 李鹏程, 柴一晟, 余旻, 李志权, 杨东升, 章良, 王喻宏, 李明德, 曹烈兆, 龙云泽, 陈兆甲. La2CuO4掺锌样品的低温电阻率与热导率研究. 物理学报, 2002, 51(3): 679-684. doi: 10.7498/aps.51.679
    [20] 黄晖, 罗宏杰, 姚熹. 水热法制备TiO2薄膜的研究. 物理学报, 2002, 51(8): 1881-1886. doi: 10.7498/aps.51.1881
计量
  • 文章访问数:  4111
  • PDF下载量:  949
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-18
  • 修回日期:  2013-03-01
  • 刊出日期:  2013-06-05

水基ZnO纳米流体电导和热导性能研究 

  • 1. 湖北大学物理学与电子技术学院, 武汉 430062

摘要: 利用水热法生成了形状规则、粒径均匀的球形ZnO纳米颗粒, 并超声分散于水中, 制备得到稳定的水基ZnO纳米流体. 实验测量水基ZnO纳米流体在体积分数和温度变化时的电导率, 并测试室温下水基ZnO纳米流体在不同体积分数下的热导率. 实验结果表明, ZnO纳米颗粒的添加较大地提高了基液(纯水)的热导率和电导率, 水基ZnO纳米流体的电导率随纳米颗粒体积分数增加呈非线性增加关系, 而电导率随温度变化呈现出拟线性关系; 纳米流体的热导率与纳米颗粒体积分数增加呈近似线性增加关系. 本文在经典Maxwell热导模型和布朗动力学理论的基础上, 同时考虑了吸附层、团聚体和布朗运动等因素对热导率的影响, 提出了热导率修正模型.将修正模型预测值与实验值对比, 结果表明修正模型可以较为准确地计算出纳米流体的热导率.

English Abstract

参考文献 (20)

目录

    /

    返回文章
    返回