界面层强化纳米流体热导率特性分析

赵宁波，闻雪友，2，李淑英

(1.哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江 哈尔滨150001;2.哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所，黑龙江哈尔滨150078)

作为一种新型的换热工质，纳米流体是指在水(H2O)与乙二醇(ethylene glycol，EG)等传统换热工质(基液)中添加一定比例的纳米颗粒(例如铜Cu、氧化铜 CuO、氧化铝Al2O3等)所形成的固－液两相悬浮液。相比基液而言，纳米流体具有更高的热导率［1-3］与换热性能［4-5］，已成为近年来热科学领域的重要研究方向。

由于纳米颗粒的小尺寸特征，纳米流体的导热机理相对比较复杂，目前难以直接采用传统的固－液两相悬浮液热导率理论进行合理描述［6-7］。受分子间作用力的影响，纳米颗粒表面吸附基液分子所形成的界面层是影响纳米流体热导率的重要因素之一［8-9］。陈俊［10］基于分子动力学模拟方法研究了纳米流体的热导率增强机理，结果发现在纳米颗粒界面附近的液体分子密度明显升高，距离纳米颗粒越近，密度越大，并且这一现象在纳米颗粒的布朗运动过程中依然存在。此外，文献［11-12］采用分子动力学模拟方法也得到了相似的结果。在理论建模方面，Yu与Chio［13-14］在考虑界面层存在的基础上，分别对Maxwell模型与Hamilton-Crosser模型进行了修正，研究了界面层对纳米流体热导率的影响。Xue等［15］将纳米颗粒与其界面层视为等效复合颗粒，结合Bruggeman的有效渗流理论，提出了新的纳米流体热导率模型。Xie等［16］在建立纳米流体热导率模型时，假设界面层的热导率呈线性变化并且界面层厚度为2 nm，而Nsofor等［17］认为界面层的热导率服从对数变化规律。……