翟郑佳 李坦 朱恒宣 杨历 王进

摘要 对在家用电加热器中使用的4种纳米流体进行对流换热实验研究。采用两步法制备纳米流体，研究不同材料（MgO、SiO2、Al2O3和CuO）和不同浓度（质量分数为0.2%～1.0%）的纳米流体对电加热器换热效率的影响。结果表明，电加热器翅片温度对环境温升影响较大;纳米流体浓度相同时，MgO流体的换热效率最高，SiO2流体的换热效率最低，且电加热器的换热效率随纳米流体浓度的增大而增大;与基液相比，质量分数为1.0%的MgO流体可使环境温度提升约30%。

关 键 词 纳米流体;电加热器;自然对流;强化传热

中图分类号 TM924.2     文献标志码 A

Abstract This research aims at the natural convection in electric heaters filled with nanofluids. The effect of four nanofluid materials （MgO， SiO2， Al2O3 and CuO） and various nanoparticle concentrations （mass fraction is 0.2% -1.0%） on heating efficiency of electric heater were studied， and results show that temperature of the fin has great effect on environment temperature. At the same nanoparticle concentration， MgO-water nanofluid has the highest heating efficiency， whereas SiO2-water nanofluid is the lowest one. Moreover， the heating efficiency of the electric heater increases with the increase in nanofluid concentration. So it is found that the MgO-water nanofluid with a mass fraction of 1.0% obtains about 30% enhancement of heat transfer on the environment temperature.

Key words nanofluid; electric heater; natural convection; heat transfer enhancement

0 引言

近年来科学技术迅猛发展，能源需求量大幅增加。电加热器正朝着高效低阻紧凑的方向发展，传统的换热工质（去离子水）已经无法满足使用需求，研制导热系数高、换热性能好的新型换热工质至关重要。纳米流体是将金属或非金属粉末分散到水、醇、油等传统换热工质中，提高流体导热性能的新型换热工质。纳米流体在强化传热的领域有广泛的应用前景，尤其是在能源、汽车、医疗、化工和微型电子等领域。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等[1]首先提出纳米流体的概念。大量研究表明，在液体中加入纳米颗粒后，能显著提高液体的导热系数和换热性能。李强等[2]研究了Cu-水纳米流体随体积分数变化时，对管内对流换热系数和阻力的影响。结果表明，与纯水相比，体积分数为0.5%～2.0%的Cu-水纳米流体的对流换热系数增大的比例为1.037 ～ 1.548。Selvam等[3]研究了石墨烯-水纳米流体体积分数为0.1%～0.5%时对汽车散热器散热效果的影响。……