薛淑文，李雨晴，肖卓楠，王亚雄，李科

（1内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古 包头 014010；2内蒙古科技大学化学与化工学院，内蒙古 包头 014010）

水基SiO2纳米流体沸腾换热特性

薛淑文1，李雨晴1，肖卓楠1，王亚雄2，李科1

（1内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古 包头 014010；2内蒙古科技大学化学与化工学院，内蒙古 包头 014010）

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO2纳米流体进行池沸腾实验研究，得到SiO2/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别，比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明：对于低浓度纳米流体，添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异，不同粒径之间换热特性变化明显，随着粒径的增加呈非线性增长趋势，随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。

水基；纳米流体；沸腾；换热特性；粒径

引 言

随着工业的快速革新，传统换热介质（如水、矿物油、乙二醇等）已经难以满足某些特殊领域的换热和冷却需求，尤其在冶金、化工、热能等领域。1995年，Choi[1]首次提出纳米流体概念，纳米流体是按照一定的方式和比例将纳米级金属或非金属氧化物粒子添加到液体中，形成一种均匀稳定且具有高热导率的新型换热冷却工质。大量的学者分别对纳米流体热物性、对流换热特性、沸腾换热特性进行研究。对于热物性而言，纳米颗粒添加对基液热导率、黏度、汽化潜热、表面张力、过冷度等热物性产生不同程度改变，并将研究重点放在颗粒浓度的改变对热物性的影响上，当颗粒体积分数较低（体积分数小于0.1%）时变化均不明显，可忽略颗粒的添加对热物性的影响[2-6]。对纳米流体进行的对流换热特性研究均表明颗粒的添加不同程度地提高了对流传热系数，影响该变化的因素主要有颗粒浓度、Reynolds数、Raleigh数等[7-10]。

对纳米流体沸腾特性的研究主要分为换热特性和CHF（临界热通量）的改变两方面。朱晨等[11]在倾斜朝下加热面以水基Al2O3纳米流体和水基Cu纳米流体为工质进行沸腾换热特性研究，结果表明不同纳米颗粒的纳米流体传热系数均随着体积浓度增加而增加。Wen等[12]对Al2O3/水纳米流体在刨光不锈钢盘中进行池沸腾实验研究，结果表明颗粒浓度的增加强化了沸腾换热特性且随着热通量的增加换热特性呈增加趋势，但在沸腾换热表面没有发现纳米颗粒沉积现象。Park等[13]对多壁碳纳米管/水纳米流体进行池沸腾实验研究，结果表明纳米流体的沸腾传热系数低于纯水，CHF明显升高，在换热壁面出现明显颗粒沉积现象。唐潇等[14]对δ-Al2O3-R141b纳米流体在体积分数分别为0.1%、0.01%、0.001%时进行池沸腾实验研究，结果表明δ-Al2O3-R141b纳米流体相对于基液传热特性的强化倍数随着体积分数增加而增大，并认为表面沉积是强化换热的主要因素，接触角变化对于传热的影响可以忽略不计。Liu等[15]提出当微液层发生蒸发时，纳米颗粒会附着在换热壁面上，导致壁面润湿性增加，从而改变传热传质过程。施明恒等[16]将26 nm的铁粉和13 nm的三氧化二铝纳米粉末分别与去离子水配成0.1%、1%、2%的悬浮液，从热物性和加热面特性两方面考虑对悬浮液进行池沸腾实验，研究表明纳米颗粒加入增加基液导热性，降低了基液表面张力，强化液体内部能量传递从而导致沸腾换热得到强化，但在沸腾过程中纳米颗粒的沉积和填充使表面粗糙度减小反而导致沸腾恶化。Kathiravan等[17]在水平不锈钢管上对多壁碳纳米管/水纳米流体进行了沸腾研究，对不同热通量（961、611、508 kW·m-2）、不同体积分数（0.25%、0.5%、1.0%）下的多壁碳纳米管/水纳米流体进行探讨，沸腾传热系数相对于纯水有不同程度的提高，提高程度最高为75%，最低为20%。薛怀生[18]对多壁碳纳米管纳米流体进行池沸腾实验，结果表明随着沸腾时间的延长，纳米颗粒的添加会呈现对传热不同的影响。初期纳米颗粒的沉积和结垢会增强加热表面润湿能力，多孔介质也为沸腾提供大量汽化核心，从而增强传热；随着沸腾时间的延长，纳米颗粒的沉积和结垢会使垢层厚度增加、毛细孔直径减小、孔隙率减小，从而弱化沸腾。Bang等[19]进行了池沸腾换热性能实验，结果表明随着纳米颗粒浓度增加，加热表面沉积程度加重，换热表面粗糙度降低，减少了汽化核心数量，恶化了沸腾换热性能；在相同热通量下，不同尺寸加热管中纳米流体沸腾所需要的壁面过热度增大，核态沸腾传热系数降低。施赛燕等[20]对不同充液率、不同颗粒质量分数的水基石墨烯（GNP）纳米流体振荡热管的传热性能进行分析，研究表明当充液率为45%时，水基GNP纳米流体可缓解烧干；当充液率为55%～70%时，纳米流体可不同程度降低热阻，当颗粒质量分数为0.01%时，热阻最高降低83.33%，认为改善振荡热管传热性能是由于纳米流体热导率高、表面润湿性好导致的。Narayan等[21]采用524 nm表面粗糙度的壁面和47 nm粒径的纳米颗粒进行实验。实验表明添加纳米颗粒是否增强换热取决于固体表面粗糙度和纳米颗粒粒径的关系。刘冉等[22]采用紫外分光光度计和热物性分析仪对3种不同种类纳米流体在三角形微通道内的流动和换热特性进行测量，并对通道底面温度分布进行分析。研究表明3种纳米颗粒的添加均强化了流体对流换热且有效改善了均温性，其中水基TiO2纳米流体换热特性改变最明显，在实验过程中纳米粒子随时间延长逐渐团聚。

纳米颗粒的添加是否增强基液沸腾换热特性并未得到一致结论，但大部分学者均将纳米流体影响换热特性的因素归结为纳米颗粒体积分数的大小和颗粒的沉淀导致的壁面结构的改变上。Li等[28]认为纳米颗粒的布朗运动应该被考虑，而颗粒粒径是影响布朗运动的因素之一。肖波齐等[29]在考虑纳米颗粒布朗运动的基础上，从分形的角度出发对纳米流体对流换热的机理进行了分析，得到解析解。周乐平等[30]通过研究低浓度非金属纳米颗粒悬浮液有效热导率的影响，得到纳米颗粒的尺寸效应和表面吸附是悬浮液热导率增加的主要因素，而由布朗运动引起的颗粒运输过程只起很小的作用。为了得到纳米流体相对于纯基液换热特性的改变和粒径的改变对流体沸腾特性的影响，本文分别采用不同粒径在颗粒体积分数一定（体积分数为0.1%）的条件下进行池沸腾实验。研究结果为理论分析提供实验依据。

1 流体制备

纳米流体制备方法主要分为两种：“一步法”和“两步法”。“一步法”是指在颗粒制备同时直接将颗粒分散到基液中，省去干燥、储存、运输和分散过程，粒子不易团聚且纳米流体稳定性好，但该方法对设备要求高且费用高、产量小，不适用于工业生产；“两步法”是指将通过气相沉积法、化学还原法、机械球磨法或其他方法制备好的纳米粒子分散到基液中，然后通过超声波振荡、添加分散剂、改变pH的方法，使溶液均匀且提高溶液稳定性，但使溶液长期稳定的方法尚未开发。

纳米科技的成熟使纳米产品的制作已经广泛应用于大规模工业生产，本次实验纳米流体配制采用直接购买质量分数为 30%±2%的二氧化硅纳米分散液（纳米溶液均采购于安徽宣城晶瑞新材料有限公司），采用去离子水作为基液进行稀释，并用磁力搅拌器对溶液进行搅拌直至均匀，实验纳米流体中二氧化硅颗粒所占溶液体积分数均为0.1%，为防止改变流体性质，不添加分散剂稳定溶液。为了研究颗粒粒径不同对纳米流体换热特性的影响，本次实验除了研究纯基液（去离子水）与纳米流体换热特性区别外还采用 6种颗粒粒径进行对比实验（分别是15、30、50、60、80和90 nm），每组粒径均为平均粒径，粒径误差为±3 nm。

2 实验台搭建

实验装置如图1所示。实验缸体由有机玻璃制成分内外两部分，内缸用于沸腾实验，为了减少对外热损失，在外缸中用加热原件加热去离子水做恒温水浴，缸体上部用隔热板进行保温绝热。沸腾所需热量由云母加热片产生，加热片可看作纯电阻，功率由经典电功率公式（P=U2/R）计算，热量通过高导热材质铜进行传递，铜块周围布置石棉等绝热材料减少热损失，在工况稳定状态下，铜块下表面与上表面热通量可看做等量且与云母加热片功率以及传热面积有关，本次实验通过变压器改变电压来调节热通量。沸腾发生在面积为3 cm×3 cm的铜块上表面，为防止有机玻璃高温融化，用耐高温且传热系数低的聚四氟乙烯材料进行铜块与缸体的连接。铜块距顶部等距位置处分别放置3个热电偶并用数据采集器采集温度，从上到下热电偶示数分别为T1、T2、T3，当工况稳定时，根据傅里叶定律可求得加热壁面温度

图1 实验装置Fig.1 Schematic diagram of experimental setup

热电偶采集误差为0.1 K，则壁面温度误差

实验开始前先进行1 h预热，除气泡且将溶液达到沸腾，由于低热流沸腾中溶液温度略小于饱和温度（约1～2 K）和云母加热片功率有限等因素，本次实验选取热通量在 60～300 kW·m-2区间内进行实验，在该区间内取9个点进行实验测量。从60 kW·m-2开始实验测量，每增加30 kW·m-2进行一次测量，每次调节热通量与上一次调节之间（包括溶液状态稳定和热电偶测量稳定）间隔20 min。传热系数采用式(3)计算

3 实验结果及分析

3.1 壁面过热度

图2为不同粒径纳米流体与纯基液（去离子水）壁面过热度随热通量变化曲线。从图中可以看出纯基液与 SiO2纳米流体壁面过热度随着热通量增加而增加，符合一般传热规律，在相同热通量下水基SiO2纳米流体壁面过热度相对于纯基液较大，图中分别列出不同粒径纳米流体沸腾曲线，可以看到不同粒径之间沸腾曲线变化较大且不是线性增长，但壁面过热度均高于纯基液。

“真是冤死我了。红头巾，本是我和老刀结婚时，团长老婆送的。开始是恨它不肯戴，后来是不舍得用没戴。去照全家合影时用了一次，所以只洗一水，压在箱子底。你来了，想着你迟早要有一条头巾用，不如乘早送给你。我心想，我的日子过得还算幸福，你用了我这红头巾，日子也会幸福。哪知今天就这么赶巧，真是人算不如天算。”

图2 壁面过热度随热通量的变化Fig.2 Experimental results of wall superheat changed with heat flux

为方便分析粒径对壁面过热度的影响，分别取5个热通量下粒径与壁面过热度的实验数据做图，并对不同热通量下不同粒径壁面过热度做拟合曲线，如图3所示（图中，“Expt”表示实验结果，“FC”表示拟合曲线，下同）。由图可以看出，相同粒径下随着热通量增加，壁面过热度增加，而不同热通量下，壁面过热度随粒径变化趋势基本相同。为探索换热特性影响最大粒径值，对每条拟合曲线求峰值并将峰值连接，可以看出在本次实验中，不同热通量下壁面过热度相对粒径变化曲线峰值在 50～60 nm之间，随热通量增加峰值由左向右偏移，且随着热通量增加偏移趋势减弱，换热影响最大的粒径趋于一个定值。

图3 壁面过热度与颗粒粒径实验结果Fig.3 Experimental results of wall superheat changed with particle size

3.2 传热系数

图4 为纯基液以及不同粒径纳米流体在不同热通量下传热系数实验数据，可以看出纯基液和纳米流体传热系数随着热通量增加而增加，不同粒径纳米流体传热系数在相同热通量下传热系数不同，随粒径变化传热系数不呈线性变化。

图4 传热系数随热通量的变化Fig.4 Experimental results of heat transfer coefficient changed with heat flux

为得到粒径变化对传热系数影响，取5组热通量考察传热系数随纳米颗粒粒径的变化，并对每组热通量数据进行曲线拟合，从图5中可看出随着粒径增加，相同热通量下传热系数先降低再升高，呈凹线状。这说明随着纳米颗粒粒径尺寸的增大，汽化核心密度在不断减小，从而使纳米流体传热系数降低。但由于纳米颗粒粒径尺寸的不断增大更加易于纳米颗粒沉积，使得加热表面粗糙度有所变化，增加了汽化核心密度，使得纳米流体传热系数开始升高。当热通量较低时，相同热通量下传热系数随粒径变化趋势不明显，随着热通量增加，变化趋势逐渐增大。

图5 传热系数随纳米颗粒粒径的变化Fig.5 Experimental results of heat transfer coefficient changed with particle size

为进一步分析纳米颗粒的添加对基液在沸腾状态下传热系数的影响，考察传热系数减少率随热通量的变化，并对每组热通量实验数据进行拟合，结果见图6。可以看出不同粒径的纳米流体随着热通量增加，传热系数相对于纯基液的减少率均呈现增加趋势，代表随热通量增加，纳米颗粒添加对纯基液换热特性的影响更加强烈。但随着热通量的增加，减少率变化趋势降低且趋近与一个定值，代表在低热通量下传热系数减少率会随着热通量的变化而变化，当达到一定热通量时，传热系数随热通量变化不明显。相同热通量下，不同粒径纳米流体相对于纯基液传热系数减少率不同，但不呈现线性增减。

图6 传热系数减少率随热通量的变化Fig.6 Experimental results of heat transfer coefficient reduction rate changed with heat flux

图7 传热系数减少率随纳米颗粒粒径的变化Fig.7 Experimental results of heat transfer coefficient reduction rate changed with particle size

为了研究粒径变化对传热系数影响剧烈程度，取5组热通量实验数据考察传热系数减少率随纳米颗粒粒径的变化，并将相同热通量下不同粒径实验点进行数据拟合，结果见图7。如图所示，随着热通量增加，传热系数减少率增加且随热通量增加，减少率增加幅度减少。相同热通量下随着粒径的增加，传热系数减少率先增到后减少，结合图3、图5得出，在相同热通量下，随着粒径的变化，纳米颗粒的添加不仅对纯基液的壁面过热度和传热系数有影响，而且影响剧烈程度也随粒径增加先增加后降低。在图中，对每条曲线求峰值，得到各热通量下影响最大的粒径，并将峰值连接拟合，明显看出随着热通量增加，峰值由左向右偏移，且当热通量超过180 kW·m-2时，峰值趋于稳定，峰值所对应粒径大小稳定在50～60 nm。

4 结 论

本文对水基SiO2纳米流体进行沸腾实验研究，得到壁面过热度、传热系数以及传热系数相对于纯基液变化率与热通量和颗粒粒径的关联曲线，得到以下结论。

（1）纳米颗粒的添加对纯基液在核态沸腾状态下换热特性影响显著。

（2）不同粒径的纳米流体换热特性变化明显且并不随着粒径的增加而呈线性增长，对换热特性影响最大的粒径值会随着热通量的改变而改变，但当热通量达到一定值时影响最大的粒径值稳定在50～60 nm。

（3）本次实验对水基SiO2纳米流体沸腾换热数学模型奠定了实验基础。

后期将就沸腾特性参数测量问题，并对粒径、浓度等参数进行分析，得到新的水基SiO2纳米流体关联模型，实现对水基SiO2纳米流体换热特性的精确预测。

符 号 说 明

CHF ——临界热通量，kW·m-2

dw——气泡脱离直径，mm

h——传热系数，kW·m-2·K-1

n——汽化核心密度，sites·cm-2

q——热通量，kW·m-2

Ra——Raleigh 数

Re——Reynolds数

Tsup——壁面过热度，K

Tw——壁面温度，K

Tw,l——液体温度，K

[1] CHOI S U S. Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, developments and applications of non-Newtonian flows[J]. ASME Fed Applied Physics A, 1995, 231: 99-105.

[2] 凌智勇, 邹涛, 丁建宁, 等. 纳米流体黏度特性[J]. 化工学报,2012, 63(5): 1409-1414.LING Z Y, ZOU T, DING J N,et al. Shear viscosity of nanofluids mixture[J]. CIESC Journal, 2012, 63(5): 1409-1414.

[3] 郑兆志, 何钦波, 刘玉东. 水基氧化石墨烯纳米流体表面张力实验研究[J]. 热科学与技术, 2015, 14(3): 203-207.ZHENG Z Z, HE Q B, LIU Y D. Experimental investigation on surface tension of water-based graphene oxide nanofluids[J]. Journal of Thermal Science and Technology, 2015, 14(3): 203-207.

[4] 刘玉东, 胡光华, 刘玉民, 等. TiO2-H2O纳米流体热物性研究[J].化工新型材料, 2014, 42(3): 125-129.LIU Y D, HU G H, LIU Y M,et al. Investigation on thermal properties of TiO2-H2O nanofluids[J]. New Chemical Materials, 2014,42(3): 125-129.

[5] 牛广清, 凌智勇, 张忠强, 等. 温度对Al2O3-H2O纳米流体粘度特性影响研究[J]. 传感器与微系统, 2015, 34(12): 54-56.NIU G Q, LING Z Y, ZHANG Z Q,et al. Research on influence of temperature on viscosity property of Al2O3-H2O nanofluid[J].Transducer and Microsystem Technologies, 2015, 34(12): 54-56.

[6] 武婷婷, 骆仲泱, 倪明江, 等. 纳米流体黏度影响因素的试验研究[J]. 动力工程学报, 2011, 31(6): 449-453.WU T T, LUO Z Y, NI M J, Experimental study on factors influencing viscosity of nanofluids[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2011, 31(6): 449-453.

[7] 贾涛, 王瑞祥, 张敏. 多壁碳纳米管水基纳米流体的对流换热特性[J]. 制冷学报, 2015, 36(1): 35-39.JIA T, WANG R X, ZHANG M. Convective heat transfer characteristics of MWNTs water-based nanofluid[J]. Journal of Refrigeration, 2015, 36(1): 35-39.

[8] 楼彬, 徐旭, 王文龙, 等. 水基碳纳米管纳米流体在矩形腔内的自然对流传热[J]. 浙江大学学报 (工学版), 2014, 48(12): 2196-2201.LOU B, XU X, WANG W L,et al. Natural convection heat transfer of aqueous nanofluids with carbon nanotubes in a rectangular enclosure[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science),2014, 48(12): 2196-2201.

[9] 马连湘, 常强, 刘晓光, 等. 水基碳管纳米流体对流换热实验研究[J]. 青岛科技大学学报(自然科学版), 2016, 37(2): 196-200.MA L X, CHANG Q, LIU X G,et al. Experimental study on convective heat transfer of water-based carbon nanotubes nanofluids[J]. Journal of Qingdao University of Science and Technology(Natural Science Edition), 2016, 37(2): 196-200.

[10] 陆鑫, 杨峻. SiO2-DW纳米流体重力热管传热性能试验研究[J]. 现代化工, 2015, 35(11): 145-147.LU X, YANG J. Heat transfer characteristics of SiO2-DW nanofluid gravity heat pipe[J]. Modern Chemical Industry, 2015, 35(11):145-147.

[11] 朱晨, 匡波, 孙伟, 等. 纳米流体对倾斜朝下加热面沸腾换热特性的影响[J]. 原子能科学技术, 2014, 48: 268-272.ZHU C, KUANG B, SUN W,et al. Influence of nanofluids on boiling heat transfer characteristics of inclined downward-facing heating surface[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2014, 48:268-272.

[12] WEN D, DING Y. Experimental investigation into the poolboiling heat transfer of aqueous based alumina nanofluids[J]. Journal of Nanoparticle Research, 2005, 7: 265-274.

[13] PARK K J, JUNG D S, SHIM S E. Nucleate boiling heattransfer in aqueous solutions with carbon nanotubes up tocritical heat fluxes[J].International Journal of Multi-phase Flow, 2009, 35(6): 525-32.

[14] 唐潇, 刁彦华, 赵耀华, 等. δ-Al2O3-R141b纳米流体的池内核态沸腾传热特性[J]. 化工学报, 2012, 63(1): 64-70.TANG X, DIAO Y H, ZHAO Y H,et al. Nucleate pool boiling heat transfer of δ-Al2O3-R141b nanofluid on horizontal plate[J]. CIESC Journal, 2012, 63(1): 64-70.

[15] LIU Z, LIAO L. Sorption and agglutination phenomenon of nanofluids on a plain heating surface during pool boiling[J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, 51:2593-2602.

[16] 施明恒, 帅美琴, 赖彦愕, 等. 纳米颗粒悬浮液池内泡状沸腾的实验研究[J]. 工程热物理学报, 2006, 27(2): 298-300.SHI M H, SHUAI M Q, LAI Y E,et al. Experimental study of pool boiling heat transfer of nano-particle suspensions on a plate surface[J].Journal of Engineering Thermalphysics, 2006, 27(2): 298-300.

[17] KATHIRAVAN R, KUMAR R, GUPTA A. Pool boiling characteristics of carbon nanotube based nanofluids over a horizontal tube[J]. Journal of Thermal Science and Engineering Applications,2009, 1(2): 022001-022008.

[18] 薛怀生. 多壁碳纳米管纳米流体的大容积沸腾[J]. 热科学与技术,2009, 8(4): 295-301.XUE H S. Pool boiling performance for multi-walled carbon nanotube nanofluid[J]. Journal of Thermal Science and Technology,2009, 8(4): 295-301.

[19] BANG I C, CHANG S H. Boiling heat transfer performance and phenomena of Al2O3-water nanofluids from a plain surface in a pool[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2005, 48:2407-2419.

[20] 施赛燕, 崔晓钰, 周宇, 等. 石墨烯/去离子水纳米流体振荡热管传热性能[J]. 化工学报, 2016, 67(12): 4943-4950.SHI S Y, CUI X Y, ZHOU Y,et al. Heat transfer performance of pulsating heat pipe with grapheme aqueous nanofluids[J]. CIESC Journal, 2016, 67(12): 4943-4950.

[21] NARAYAN G P, ANOOP K B, DAS S K. Mechanism of enhancement/deterioration of boiling heat transfer using stabel nanoparticle suspensions over vertical tubes[J]. Journal of Applied Physics, 2007, 102(7): 4317-4317.

[22] 刘冉, 夏国栋, 杜墨. 三角形微通道内纳米流体流动与换热特性[J]. 化工学报, 2016, 67(12): 4936-4943.LIU R, XIA G D, DU M. Characteristics of convective heat transfer in triangular microchannel heat sink using different nanofluids[J].CIESC Journal, 2016, 67(12): 4936-4943.

[23] 赵言冰, 施明恒. 纳米尺度固体悬浮颗粒强化池沸腾换热的实验研究[J]. 能源研究与利用, 2002, (3): 18-20.ZHAO Y B, SHI M H. Experimental research on boiling heat transfer of nm sized solid suspension particles from strengthening pool[J].Energy Research and Utilization, 2002, (3): 18-20.

[24] GERARDI C, BUONGIORNO J, HU L W,et al. Infrared thermometry study of nanofluid pool boiling phenomena[J].Nanoscale Research Letters, 2011, 6: 232.

[25] 许世民, 郎中敏, 王亚雄, 等. 羟基化多壁碳纳米管/R141b纳米流体核沸腾[J]. 化工学报, 2015, 66(11): 4424-4430.XU S M, LANG Z M, WANG Y X,et al. Nucleate boiling heat transfer of hydroxylated carbon nano-tubes/R141b nanofluids on smooth plate[J]. CIESC Journal, 2015, 66(11): 4424-4430.

[26] 吴晗, 杨峻. 多壁碳纳米管-水纳米流体导热机理及重力热管实验研究[J]. 化工学报, 2017, 68(6): 2315-2320.WU H, YANG J. Thermal conduction mechanism of multi-walled carbon nanotubes-deionized water nanofluids and experimental research in gravity heat pipe[J]. CIESC Journal, 2017, 68(6):2315-2320.

[27] 刘振华, 廖亮. 纳米流体池内沸腾时传热面上的吸附和烧结现象[J]. 上海交通大学学报, 2016, 3: 352-356.LIU Z H, LIAO L. The sorption and agglutination phenomenon on a plain heated surface during pool boiling of nano-fluids[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2016, 3: 352-356.

[28] LI K, LI X D, TU J Y,et al. A mathematic model considering the effect of brownian motion for subcooled nucleste pool boiling of dilute nanofluids[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer,2015, 84: 46-53.

[29] 肖波齐, 范金土, 蒋国平, 等. 纳米流体对流换热机理分析[J]. 物理学报, 2013, 34(6): 1096-1100.XIAO B Q, FAN J T, JIANG G P,et al. Analysis of convection heat transfer mechanism in nanofluids[J]. Acta Phys. Sin., 2013, 34(6):1096-1100.

[30] 周乐平, 王补宣. 颗粒尺寸与表面吸附对低浓度非金属纳米颗粒悬浮液有效热导率的影响[J]. 自然科学进展, 2003, 13(4): 426-429.ZHOU L P, WANG B X. Effect of particle size and surface adsorption of low concentration of non metal nanoparticles suspension effective thermal conductivity[J]. Progress in Natural Science, 2003, 13(4):426-429.

date:2016-12-22.

Prof. LI Ke, kelitsinghua@163.com

supported by the National Natural Science Foundation of China (51266008) and Inner Mongolia Autonomous Region Outstanding Youth Cultivation Fund (2015JQ05).

Boiling heat transfer characteristics of water-based SiO2nanofluids

XUE Shuwen1, LI Yuqing1, XIAO Zhuonan1, WANG Yaxiong2, LI Ke1
(1School of Energy and Environment,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou014010,Inner Mongolia,China;2School of Chemistry and Chemical Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou014010,Inner Mongolia,China)

Nanofluids have been found to be widely used in many fields as new heat transfer medium. The results indicate that the main factors leading to the change of the heat transfer performance of nanofluids are the deposition of nanoparticles on the heat transfer surface, the change of the surface roughness of the heating surface,the change of the surface tension of the medium, the internal energy transfer and the bubble formation condition.The experimental study on pool boiling of water-based SiO2nanofluids was carried out with different particle size of nanoparticles to obtain the difference of heat transfer characteristics between SiO2/water nanofluids and deionized water in the state of nucleate boiling in the saturated state, and to compare the heat transfer characteristics of nanofluids with different particle diameters. The results show that the heat transfer characteristics of nano-particles are quite different from that of the pure base fluid in the same state. The change of heat transfer characteristics between different particle sizes is obvious and the change of heat transfer characteristics does not increase linearly with the increase of particle size.

water-based; nanofluids; boiling; heat transfer characteristics; particle size

TK 123

A

0438—1157（2017）11—4147—07

10.11949/j.issn.0438-1157.20161788

2016-12-22收到初稿，2017-07-17收到修改稿。

联系人：李科。

薛淑文（1993－），男，硕士研究生。

国家自然科学基金项目（51266008）；内蒙古自治区杰出青年培育基金项目（2015JQ05）。