【摘要】 在YIN Xiang等人的研究中采用新研制的高温导热仪测量了导热油和TiO2纳米油在上述高温范围内的导热系数值。

导热系数是衡量导热油换热能力的重要标准，提高导热系数对提高生产效率、降低导热油消耗、减少环境破坏具有决定性作用。在50 ~ 300℃高温范围内，导热油和纳米油的热物理数据对于设计和开发导热油炉及其加热系统是缺乏的。

 

在YIN Xiang等人的研究中采用新研制的高温导热仪测量了导热油和TiO2纳米油在上述高温范围内的导热系数值。实验中采用TC3200L高温导热仪测量导热油和TiO2纳米油的导热系数。TC3200L高温导热仪是一种广泛应用于极性或非极性液体导热系数测量的仪器。

 

仪表的最高测量温度可达350℃。基本的测量方法是瞬态热线法。导热仪主要由温控器、数据采集电路、信号发生器、真空泵、温度计、高温阀等部分组成，如图1所示。

 

图1 热导率计系统示意图

 

LQ和SKX型导热油的最高允许工作温度为310℃。测定了两种导热油在50 ~ 300℃时的导热系数。TC3200L高温导热仪。选取一个测点，间隔20℃，得到导热油导热系数与温度对应的变化曲线，如图2所示。从图2可以看出，两种导热油的导热系数与温度的升高成反比。在50 ~ 300℃范围内，LQ型导热油导热系数降低41%，SKX型导热油导热系数降低37%。

图2 LQ型和SKX型导热油导热系数和温度的变化曲线

 

基于最小二乘法原理，分别对实验得到的导热系数值进行拟合，得到导热油和TiO2纳米油的导热系数与温度的相关性。TiO2纳米油的含量与温度的升高成反比。

 

在50℃时，LQ型和SKX型TiO2纳米油的导热系数分别为0.1361 W/(mꞏK)和0.1298 W/(mꞏK)。当温度升至300℃时，分别为0.0835 W/(mꞏK)和0.0818 W/(mꞏK)。当温度在50 ~ 300℃范围内变化时，导热系数分别下降了38.6%和37%。由图3可知，在50 ~ 300℃范围内，LQ型TiO2纳米油导热系数的增加幅度大于SKX型。

 

可以得出，纳米油的导热系数及其增加百分比、导热系数增强效果均与导热油的导热系数成正比。

 

图3 粒径为15 nm的TiO2纳米油的导热率提高

 

而后研究了导热系数与纳米颗粒粒径的关系。从质量分数为0.2%、粒径分别为15、20、30 nm的纳米油导热系数和温度的变化曲线可以看出，TiO2纳米油导热系数高于导热油，且与温度的升高成反比。

 

在50 ~ 300℃范围内，TiO2纳米油在15、20、30nm处的导热系数满足λ30nm>λ20nm>λ15nm的关系。同时，导热系数的平均增幅分别为2.9%、4.0%、4.63%，且满足η30nm>η20nm>η15nm的关系。

 

可以得出，粒径越大，TiO2纳米油的导热系数越大，导热系数增加的百分比越大，且两者与粒径的增加成正比。而三种粒径TiO2纳米油的导热系数比较接近，相差0.001 W/(mꞏK)。

 

结果表明:TiO2纳米油的导热系数和导热系数的增加与纳米颗粒粒径和质量分数的增加成正比，而导热系数与温度的升高成反比，导热系数的增加受温度的影响较小。

 

[1] Yin, X., Kou, Gx., Xu, Ax. et al. Effects of TiO2 nanoparticles on thermal conductivity of heat transfer oil. J. Cent. South Univ. 26, 2129–2135 (2019). https://doi.org/10.1007/s11771-019-4160-1

 

科学指南针充分发挥互联网技术和业务优势，在国内率先打造出业界领先的线上化、数字化的科研服务基础设施，在行业内首创用户自主下单、服务全流程追踪、测试“云现场”等模式，进一步提高了大型科学仪器设施开放共享和使用效率，以实际行动助力科技创新。现已发展成为中国专业科研服务引领者，已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。