[发明专利]基于分层花状纳米颗粒流体的内燃机冷却系统及方法

说明书

本发明涉及热交换技术领域，具体地说是一种基于分层花状纳米颗粒流体的内燃机冷却系统及方法，其特征在于设有所述纳米流体采用分层花状纳米颗粒与水配置而成，其中分层花状纳米颗粒的体积分数为2％‑6％。分层花状纳米颗粒粒径大小为11nm‑71nm，所述纳米流体中分层花状纳米颗粒采用ZnO纳米颗粒分布在聚苯乙烯微球上，并使得分布在聚苯乙烯微球上的ZnO纳米颗粒生长成为ZnO纳米棒，最终得到“分层花状纳米颗粒”的纳米流体。

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，具体地说是一种能够有效克服现阶段纳米流体介质不稳定问题，利用纳米流体来强化换热的基于分层花状纳米颗粒流体的内燃机冷却系统及方法。

背景技术

内燃机在工作中会释放出大量的热，这些热导致系统的传热负荷与传热强度都提高，而传统的用纯液体工质（比如水）进行换热，主要呈现出的问题就是较低的传热性能，因此，提高液体的传热性能的一种有效方式就是添加金属、非金属或聚合物固体粒子。在液体中添加纳米粒子，可显著增大液体的导热系数，使传热增强。这已经在研究中被证实。纳米流体中的纳米颗粒粒径在1-100nm之间，由于流体中纳米粒子产生的微尺度效应，并且它的行为接近于液体分子，不易产生磨损或者堵塞等不良后果。现在的一种提高内燃机的散热性能的一种方法就是采用比水具有更高换热性能的工作介质。

“纳米流体”的概念由美国Argonne国家实验室的等人在1995年率先提出，人们发现，它是一种具有高导热系数的新型工作介质。白敏丽等人通过对Cu-水纳米流体对内燃机冷却系统强化传热的数值模拟研究研究，得出纳米流体作为换热工质可以显著提高内燃机的换热性能的结论，黎阳等人研究以ZnO配制得到的纳米流体强化传热性能，相对于水，纳米流体的传热性能均有所提高。但是由于纳米流体不稳定，在长时间下容易发生团聚现象，从而导致纳米颗粒在溶液中分布不均，影响其传热与流动性能从而影响了它在实际工程中的应用。

综上，纳米流体能够提高传热性能。并且，人们也在应用这一性能。如公开的专利号为CN 1493841A。这一专利得出用加纳米流体的振荡热管比不加纳米流体的振荡热管的传热性能提高至少10%的结论。公开的专利号为CN 101231147A，这一专利得出利用铜纳米颗粒悬浮液强化毛细泵回路热管特性，可以提高最大散热功率的结论。公开的专利号为CN201057602Y，这一专利得出以纳米流体作为冷却介质具有冷却效果好的优点。

然而现阶段纳米流体作为工作介质，易发生纳米颗粒团聚，导致工作介质存在不稳定的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够有效克服现阶段纳米流体介质不稳定问题，利用纳米流体来强化换热的基于分层花状纳米颗粒流体的内燃机冷却系统及方法。

本发明可以通过以下措施达到：

一种基于分层花状纳米颗粒流体的内燃机冷却系统，其特征在于设有冷却工质加入箱体（1）、冷却管路（2）、纳米流体盛装箱（11），冷却管路（2）的内壁设有疏水材料涂层，冷却管路（2）包括分别连接在冷却工质加入箱体（1）与纳米流体盛装箱（11）之间的出液管路段和回液管路段，泵（5）设置在冷却管路（2）上的出液管路段，冷却管路（2）的出液管路段经过内燃机（6）后与纳米流体盛装箱（11）相连，冷却管路（2）出液管路段经过内燃机（6）后设置温度传感器（3），冷却管路（2）出液管路段靠近纳米流体盛装箱（11）一端出口处设有外伸管嘴，且外伸管嘴距纳米流体盛装箱（11）的高度h与外伸管嘴的管径d的比值大于等于3；

冷却管路（2）的回液管路段由纳米流体盛装箱（11）连接节温器（7）后连接冷却工质加入箱体（1），节温器（7）控制冷却管路（2）回液管路段的散热支路流经散热器（4）；