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纳米流体在小通道板式换热器中的性能实验和数值研究Dustin R. Ray 1, Debendra K. Das ?, Ravikanth S. Vajjha2摘要：在乙二醇和水的混合物中做氧化铝、氧化铜和二氧化硅这三种纳米流体的理论研究来比较他们在一个紧凑的小通道换热器中的性能。稀释的研究表明,当粒子体积浓度为1%时,所有的纳米流体相对于他们的基本流体都得到了改善。在三个重要参数都相同的基础上做出比较，分别是在板式换热器中用相同的质量流率、相同的传热速率和相同的泵功率。每种情况下，在板式换热器所需的传热系数相同的情况下三种纳米流体都提高了对热传热系数、减少体积流率和降低泵功率。冷却剂,hfe - 7000在热交换器冷流体端被研究,具有在极低的温度应用的潜能,但并没有在文献中被广泛研究。确认了测试中使用水作为基本循环液的小通道板式换热器中测得的实验数值与预测的传热系数和总传热系数惊人的一致。从含有0.5%氧化铝纳米流体的实验中，初步导出了在PHE中努塞尔特数和摩擦系数的相关性。这个装置将用来测试不同种类的纳米流体，以最终确定参数对紧凑换热器的影响如：体积浓度、粒度和基础热流体性质和流体动力学性能文章信息文章历史收到的日期2013年8月2日收到修订后的版本的日期·2013年12月25日通过日期2013年12月28日网上时间2014年1月25日关键字：紧凑换热器、板式换热器、对流传热、摩擦系数、纳米流体、努赛尔数、普朗特数、雷诺数、热物理性质 介绍纳米流体是稳定的纳米级颗粒的悬浮液,不到100纳米,常见的基础液体有水,乙二醇、丙二醇、石油和其它液体。添加高导热金属纳米粒子如铜或铝来增加胶体导热率的解决方案,提高他们的整体传热能力。从1995年Choi和Eastman的最初研究开始,过去的十五年目睹了丰富的实验以及数值研究探索纳米流体作为传热介质相对于传统的液体的优势。Das等人汇编了一本关于各个方面研究纳米流体的科学和技术且有广泛体积量书，在他们的书中覆盖到了2006的进展。Minkowycz等人编辑了一本新书，里面写了10章由该领域专家总结的关于纳米传热和流体流动直到2013的最新发展。目前全球都在研究纳米流体，表现出一个综合的结论那就是纳米流体可以成为一种优越的传热流体。这个目标能够被实现，证明在热交换中流动的纳米流体设计条件是按参数精心优化的，趋向于充分利用合适的纳米流体热物理特性的结合。在本文中，我们已经叙述了这些屈服于优越性能的属性。 由于纳米流体是一类新设计的流体，迄今进行了大量的研究工作一直致力于确定其热物理性能准确，因为他们基本确定对流传热和泵浦功率。然而，到现在为止，在有限的研究量已提交了理论分析和热交换器纳米流体的实际测试，并将它们的热力学和流体动力学性能与传统的液体进行比较。为了发展这种缺乏数据的研究，我们开始在板式换热器上对纳米流体和基础液体的实验和理论研究。本文提出的方法可以很容易地适应任何类型的紧凑热交换器。探索纳米流体在应用中作为冷却剂的主动热控制（ATC）循环，这样研究的动机源于美国航空航天局未来航天器的散热需求。ATC循环由温加尔和埃里克森提出。示于图。 1。热的乘员模块中产生的量是约2.5千瓦，其具有通过一个紧凑液体对液体热交换器[4,5]消散。在本研究中，我们已经探讨了这种热评级紧凑的板式换热器由于其容易获得而用来比较纳米流体性能。根据由Kandlikar等描述的分类。[6]，这是一个迷你通道换热器，因为既要满足这种分类的最小通道尺寸为3毫米而我们的热交换器具有2mm的通道尺寸。Shah所描述的紧凑型换热器具有传热面积与体积之比从大约700平方米/立方米开始[7] 。这个PHE拥有约1000平方米/立方米紧凑性因素，把它顺利纳入紧凑式换热器的范围。虽然本文涵盖了PHE，从所描述的方法学的知识将成为一个直接的扩展去代替实验或分析其他类型的紧凑型换热器的特性和评估下纳米流体流入的它们的性能。本文中描述的实验研究的测试回路可适于测试不同类型的紧凑型换热器、微通道装置、散热片和冷却板、且发现在热管理方面也能有广泛的应用。多年来由于电子设备和微机电系统的不断小型化，热密度显着增加了。因此，本文中调查显示纳米流体的热性能比相应的基础液体显示出的性能更优异，能够除去紧凑式换热器中的高热流。这里提供的信息应该是有益的优化热管理系统。热交换器减小的尺寸、重量和泵功率将为NASA节省大量成本，因为它的成本约为12000[8]$却将送入轨道的有效载荷减轻 1英镑。 板式换热器（PHE）已广泛的被用来研究的单相流体，并在随后发现在冷凝器和蒸发器中发生两相气液流动中也能应用。最近的一项综合性由Wang等人著作。[9]其中涵盖PHE适用于基本流体的各个方面，但不包括纳米流体。研究纳米流体流板式换热器是相当有限的,这里我们