技术领域
背景技术
[0002] 随着世界科学技术的急速发展和经济的增长，人类对
能源的需求量大大增加，然而目前已探测出来的能源资源有限，这使得能源已经成为制约科学技术发展和经济增长的最大
瓶颈。社会的可持续发展需要我们珍惜能源，节约能源。目前社会能源的损耗主要大量集中在众多工业领域中。这些领域中的流体的流动以及热量的交换会消耗大量的
能量，主要体现在：系统的
流动阻力大大增加了
泵的功率消耗，增加了用电量；介质间的热量的传递效率直接影响着能量消耗的大小，较低
传热效率同样会带来大量的能量损失。因此，如何在工业系统中实现流体介质的流动阻力降低以及换热部件的换热效率提高是实现节约能源的两个重要的问题。
[0003] 在流动阻力减少的研究方面，英国学者Toms最先发现粘弹性流体在紊流状态下具有使流动阻力降低的现象。这种粘弹性流体主要是指在
水中加入某些物质使得流体的物性发生改变，通过改变流动过程中的流动结构来达到流动阻力降低的效果。这种粘弹性流体的减阻现象主要应用于石油输运过程、
高层建筑消防车喷水过程、流动循环系统中等。具有实现方法简单、成本低、效率高等优点。然而，由于这种粘弹性流体的本身特性，当流动系统中存在换热部件时，这种流体会在很大程度上消弱部件的换
热能力，且往往换热的恶化程度大于流动的减阻程度。正由于这个方面的缺点，极大的限制了粘弹性流体在流体流动减阻的应用范围。
[0004] 在传热强化方面，传统的强化传热方法主要从强化换热表面(特殊结构表面、粗糙表面、内肋片、缩放管、
螺纹管和内
插件等)和通过外力辅助扰动(振动、搅拌、抽吸、脉电和电晕
风等)两个方面着手。然而，随着科学技术的不断发展，热交换系统的传热负荷及传热强度日益增大，这严重制约了高集成度的
电子芯片的进一步研发，在航空航天、核能等高新技术产业也出现了类似的难题。因此，传统的强化传热方式很难适用于这些特殊的领域。近些年来，学术界出现了一种新型的增大流动工质换热性能的方法，即在传统的流体(水、油、乙二醇)中添加具有高导热系数的
纳米级颗粒，并添加一定量的稳定剂，以形成纳米流体。由于纳米流体体系中存在高导热系数的纳米级颗粒，进而使得静态下纳米流体的导热系数相比基液出现明显增大效果。将这种流体应用到流动换热系统中，同样能在很大程度上提高换热部件的换热能力。目前，已有一些学者将纳米流体应用到电子元件的冷却、高能量激光发射器的冷却、制冷
空调等实际领域中。然而，当将这种流体应用到较大的循环系统中时，由于固体颗粒的加入，会使得流体在流动过程的阻力增大，进而增大水泵的功耗，增加用电量。这也在一定程度上限制了纳米流体的广泛应用。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了解决现有的纳米流体体系中由于固体颗粒的加入，使得流体在流动过程的阻力增大的技术问题，提供了一种粘弹性流体基铜纳米流体的制备方法。
[0006] 流动系统中存在换热部件时，这种流体会在很大程度上消弱部件的换热能力，且往往换热的恶化程度大于流动的减阻程度。
[0007] 粘弹性流体基铜纳米流体的制备方法如下：
[0008] 一、将十六烷基三甲基
氯化铵加入蒸馏水中搅拌10分钟至完全溶解，静置12小时，得到
质量浓度为0.02％～0.12％的十六烷基三甲基氯化铵水溶液；
[0009] 二、将纳米铜粉加入步骤一得到的十六烷基三甲基氯化铵水溶液中，在
超声波频率为40kHz、
温度为20～25℃的条件下超声振荡24小时，然后加入水杨酸钠，得到
混合液，混合液中水杨酸钠的质量浓度为0.02％～0.12％，混合液中纳米铜粉的体积分数浓度为0.25～1.0％，搅拌，得到粘弹性流体基铜纳米流体。
[0010] 本发明制备的粘弹性流体基铜纳米流体可以应用的实际系统管径为0.5cm～50cm，流动的
雷诺数范围为5000～80000。
[0011] 本发明的粘弹性流体基铜纳米流体能克服粘弹性流体的传热恶化和纳米流体的流动增阻的缺点，达到在流动传热系统中实现流动阻力减少和传热强化的效果。这种效果的实现在工程上具有十分广阔的应用价值，能达到很好的节能效果。
具体实施方式
[0012] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0013] 具体实施方式一：本实施方式粘弹性流体基铜纳米流体的制备方法如下：
[0014] 一、将十六烷基三甲基氯化铵加入蒸馏水中搅拌10分钟至完全溶解，静置12小时，得到质量浓度为0.02％～0.12％的十六烷基三甲基氯化铵水溶液；
[0015] 二、将纳米铜粉加入步骤一得到的十六烷基三甲基氯化铵水溶液中，在
超声波频率为40kHz、温度为20～25℃的条件下超声振荡24小时，然后加入水杨酸钠，得到混合液，混合液中水杨酸钠的质量浓度为0.02％～0.12％，混合液中纳米铜粉的体积分数浓度为0.25～1.0％，搅拌，得到粘弹性流体基铜纳米流体。
[0016] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中十六烷基三甲基氯化铵水溶液的质量浓度为0.04％～0.11％。其它与具体实施方式一相同。
[0017] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中十六烷基三甲基氯化铵水溶液的质量浓度为0.06％～0.10％。其它与具体实施方式一或二之一不相同。
[0018] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中十六烷基三甲基氯化铵水溶液的质量浓度为0.08％。其它与具体实施方式一至三之一相同。
[0019] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在超声波频率为40kHz、温度为21～24℃的条件下超声振荡24小时。其它与具体实施方式一至四之一相同。
[0020] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中在超声波频率为40kHz、温度为22℃的条件下超声振荡24小时。其它与具体实施方式一至五之一相同。
[0021] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中在超声波频率为40kHz、温度为23℃的条件下超声振荡24小时。其它与具体实施方式一至六之一相同。
[0022] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二混合液中水杨酸钠的质量浓度为0.04％～0.11％。其它与具体实施方式一至七之一相同。
[0023] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤二混合液中水杨酸钠的质量浓度为0.06％～0.10％。其它与具体实施方式一至八之一相同。
[0024] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤二混合液中水杨酸钠的质量浓度为0.08％。其它与具体实施方式一至九之一相同。
[0025] 采用下述试验验证本发明效果：
[0026] 试验一：
[0027] 一、用5个1L的大烧瓶分别各取1L蒸馏水，然后再5个烧瓶中分别加入3g十六烷基三甲基氯化铵，分别搅拌10min，完全溶解后静置12小时；
[0028] 二、向5个烧瓶中分别加入115g纳米铜粉，然后迅速塞紧瓶塞，置于超声波
振荡器中，调节超声波频率为40kHz，在温度为20℃的条件下振荡24小时，得到流体；
[0029] 三、将得到的5瓶流体从超声波振荡器中取出，然后各向其中添加3g水杨酸钠，分别用
电磁搅拌器搅拌2小时；
[0030] 四、将搅拌后的5烧瓶溶液倒入已有20L水的储水箱中，并开启循环系统进行循环，即得到要进行试验的粘弹性流体基铜纳米流体，设定试验温度为45℃，调节系统流速，使得流动Re数为60000，开始进行流动阻力与换热性能测量试验。
[0031] 试验二：
[0032] 一、用5个1L的大烧瓶分别各取1L蒸馏水，然后再5个烧瓶中分别加入3g十六烷基三甲基氯化铵，分别搅拌10min，完全溶解后静置12小时；
[0033] 二、向5个烧瓶中分别加入115g纳米铜粉，然后迅速塞紧瓶塞，置于超声波振荡器中，调节超声波频率为40kHz，在温度为20℃的条件下振荡24小时，得到流体；
[0034] 三、将得到的5瓶流体从超声波振荡器中取出，然后各向其中添加3g水杨酸钠，分别用电磁搅拌器搅拌2小时；
[0035] 四、将搅拌后的5烧瓶溶液倒入已有20L水的储水箱中，并开启循环系统进行循环，即得到要进行试验的粘弹性流体基铜纳米流体，设定试验温度为45℃，调节系统流速，使得流动Re数为10000，开始进行流动阻力与换热性能测量试验。
[0036] 试验三：
[0037] 一、用5个1L的大烧瓶分别各取1L蒸馏水，然后再5个烧瓶中分别加入3g十六烷基三甲基氯化铵，分别搅拌10min，完全溶解后静置12小时；
[0038] 二、向5个烧瓶中分别加入230g纳米铜粉，然后迅速塞紧瓶塞，置于超声波振荡器中，调节超声波频率为40kHz，在温度为20℃的条件下振荡24小时，得到流体；
[0039] 三、将得到的5瓶流体从超声波振荡器中取出，然后各向其中添加3g水杨酸钠，分别用电磁搅拌器搅拌2小时；
[0040] 四、将搅拌后的5烧瓶溶液倒入已有20L水的储水箱中，并开启循环系统进行循环，即得到要进行试验的粘弹性流体基铜纳米流体，设定试验温度为45℃，调节系统流速，使得流动Re数为60000，开始进行流动阻力与换热性能测量试验。
[0041] 试验四
[0042] 一、用5个1L的大烧瓶分别各取1L蒸馏水，然后再5个烧瓶中分别加入3g十六烷基三甲基氯化铵，分别搅拌10min，完全溶解后静置12小时；
[0043] 二、向5个烧瓶中分别加入230g纳米铜粉，然后迅速塞紧瓶塞，置于超声波振荡器中，调节超声波频率为40kHz，在温度为20℃的条件下振荡24小时，得到流体；
[0044] 三、将得到的5瓶流体从超声波振荡器中取出，然后各向其中添加3g水杨酸钠，分别用电磁搅拌器搅拌2小时；
[0045] 四、将搅拌后的5烧瓶溶液倒入已有20L水的储水箱中，并开启循环系统进行循环，即得到要进行试验的粘弹性流体基铜纳米流体，设定试验温度为45℃，调节系统流速，使得流动Re数为10000，开始进行流动阻力与换热性能测量试验。
[0046] 试验五：
[0047] 一、用5个1L的大烧瓶分别各取1L蒸馏水，然后再5个烧瓶中分别加入3g十六烷基三甲基氯化铵，分别搅拌10min，完全溶解后静置12小时；
[0048] 二、向5个烧瓶中分别加入460g纳米铜粉，然后迅速塞紧瓶塞，置于超声波振荡器中，调节超声波频率为40kHz，在温度为20℃的条件下振荡24小时，得到流体；
[0049] 三、将得到的5瓶流体从超声波振荡器中取出，然后各向其中添加3g水杨酸钠，分别用电磁搅拌器搅拌2小时；
[0050] 四、将搅拌后的5烧瓶溶液倒入已有20L水的储水箱中，并开启循环系统进行循环，即得到要进行试验的粘弹性流体基铜纳米流体，设定试验温度为45℃，调节系统流速，使得流动Re数为60000，开始进行流动阻力与换热性能测量试验。
[0051] 试验六：
[0052] 一、用5个1L的大烧瓶分别各取1L蒸馏水，然后再5个烧瓶中分别加入3g十六烷基三甲基氯化铵，分别搅拌10min，完全溶解后静置12小时；
[0053] 二、向5个烧瓶中分别加入460g纳米铜粉，然后迅速塞紧瓶塞，置于超声波振荡器中，调节超声波频率为40kHz，在温度为20℃的条件下振荡24小时，得到流体；
[0054] 三、将得到的5瓶流体从超声波振荡器中取出，然后各向其中添加3g水杨酸钠，分别用电磁搅拌器搅拌2小时；
[0055] 四、将搅拌后的5烧瓶溶液倒入已有20L水的储水箱中，并开启循环系统进行循环，即得到要进行试验的粘弹性流体基铜纳米流体，设定试验温度为45℃，调节系统流速，使得流动Re数为10000，开始进行流动阻力与换热性能测量试验。
[0056] 以上试验中流动减阻率和传热强化率的定义如下：
[0057]
[0058]
