低浓度纳米流体粘度变化规律试验.pdf

万方数据 第4期 彭小飞等：低浓度纳米流体粘度变化规律试验 粒子性质、分散剂性质的影响，因此，现有的粘度公 实体积(干体积)要大，粒子数越多，总有效体积增 式仅适用基于理想情况下胶体、悬浮液的公式，不适 大，导致移动阻力增大，粘度亦越大。相应试验结果 用于纳米流体[7~8]。 本文的研究工作从悬浮液粘度变化的机理出 20、50、90nm下的粘度显示了同样的变化趋势。 发，全面分析粘度随纳米颗粒、分散剂、pH值和温 表l不同纳米流体25℃下粘度尺值 度变化的变化规律，从而为制备粘度小、流动性好的 Tab．1Rvaluesofdifferentnanofluidsat25℃ 纳米流体提供依据，并推导出适合纳米流体粘度的 计算公式。 1纳米流体粘度试验 爱因斯坦经典粘度定律指出，溶液在分散相体 积分数小于10％时为稀溶液，粘度只随分散相体积 分数变化而变化，属于牛顿流体口]。为了考察纳米流 体为牛顿型还是非牛顿型流体，本文选用纳米级的 Cu0、A1203、Cu、Al、A1N、Si02、Ti02和碳包铜 (CuC)粒子，以蒸馏水(DW)为基液，以SDBS(十二 烷基苯磺酸钠)、PEG(聚乙二醇)、Tiron(钛铁试剂) 和异丙醇胺为分散剂，制备了多种纳米流体，它们的 体积分数均在2％之内，属于稀溶液纳米流体。在此 基础上对每种样品都进行了不同剪切速率下的粘度 测量。结果表明，所研究的纳米流体的粘度不随剪切 速率的变化而变化，属于牛顿型流体。 研究纳米流体粘度变化规律时，用恒温油浴调 节样品温度，用旋转粘度计分别测试了不同纳米颗 粒、分散剂、pH值和温度下的纳米流体的粘度，并 计算了无因次量粘度R值(R一等粪黼)， 结果显示R值在1．002～1．182之间，未出现明显 增大。 图l不l司粒径纳米流体25．c下粘度R值 Fig．1Rvalueofdifferentdimensionsof 2纳米流体粘度影响因素分析 nanofluidsat25C nano—particles 2．1纳米粒子 2．1．3粒子体积分数 2．1．1粒子种类 相同粒径下，不同粒子体积分数对粘度的影响 不同种类粒子的物化特性不同，在溶液中的存 的原理同上。根据图2所示的试验结果，Cu0一Dw 在状态和分散情况有差异，聚集微团的形状亦不一 纳米流体在分散剂添加量为o．4 g和o．8g情况下， 样。不同形状的纳米粒子所产生的“有效水力体积” 纳米流体的粘度随着粒子体积分数的增加而增加， 不同，非球形粒子要大于球形粒子，从而导致纳米流 但在极稀浓度(体积分数小于o．1％)下，粘度却有 体的粘度存在差别。相应试验结果如表1所示，可见 所增加趋势，按照经典粘度理论无法解释该现象；当 8种不同粒子的纳米流体表现出不同的粘度特性。 分散剂添加量为1．2g时没有出现低浓度区域粘度 其中以Al、siO。、TiO。粒子溶液粘度较大，而cuO、 增加的现象，是因为此时分散剂添加量过多，其产生 AlN溶液较小。 的絮凝作用已经大于粒子体积分数对粘度的影响， 2．1．2粒子粒径 导致粘度随着体积分数的增加始终呈增大趋势。 同一体积分数下，颗粒粒径(指平均粒径)越小 2．2分散剂 的粒子数越多，粒子间距越小，导致粒子间引力位能 分散剂的添加直接影响粒子分散性和溶剂化程