纳米流体地热循环换热实验研究

作     者：代钊恺 杨现禹 解经宇 张健 侯继武 刘梦娟 蔡记华 DAI Zhaokai;YANG Xianyu;XIE Jingyu;ZHANG Jian;HOU Jiwu;LIU Mengjuan;CAI Jihua

作者机构：中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中铁四院集团西南勘察设计有限公司昆明650200 

基　　金：国家自然科学基金青年基金项目(42002311) 大学生创新创业训练计划重点支持领域项目(X202310491020) 

出 版 物：《地质科技通报》 (Bulletin of Geological Science and Technology)

年 卷 期：2024年第43卷第3期

页      码：48-58页

摘      要：提升换热介质的换热性能是高效开采地热资源的有效手段之一。添加纳米级金属氧化物可有效提升流体的换热能力,而纳米颗粒种类、质量分数、粒径、分散剂质量分数等物性参数以及流速对纳米流体换热性能具有重要影响。采用球形纳米CuO和Al_(2)O_(3)(粒径20~50 nm)作为换热介质,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂配制纳米流体,利用自主搭建的纳米流体基础换热实验装置进行室内换热实验,优选纳米流体参数。此外,通过自主搭建循环流动换热实验装置,以湖北英山某水热型地热井中地热水作为热源,讨论了在现场实际热源边界条件下,流速对纳米流体和去离子水的换热性能影响规律。结果表明:(1)CuO纳米流体换热性能优于Al_(2)O_(3)纳米流体;(2)纳米流体的换热性能与纳米颗粒质量分数呈负相关关系,CuO质量分数为1%时纳米流体升温效率最高,在150 s内温度可由25℃上升到79.2℃,同时间内比去离子水高4.1℃,同时,随着纳米颗粒质量分数的增加,纳米流体与热源界面的润湿性减小;(3)纳米流体换热性能随着纳米颗粒粒径增加呈现先增加后减小的趋势,在纳米颗粒粒径为40 nm时纳米流体换热性能最佳;(4)纳米流体的换热性能与分散剂质量分数呈负相关关系,当分散剂质量分数为1%时换热性能最佳;(5)层流状态下纳米流体的换热性能与流速呈负相关关系;在湍流状态下纳米颗粒运动状态逐渐剧烈,有利于纳米流体传热。研究成果可为纳米流体应用于地热换热从而提升地热系统的换热效率提供依据,并为纳米流体参数以及流速参数的选择提供理论依据。

主 题 词：地热 纳米流体 循环换热 纳米颗粒 分散剂 换热介质 纳米CuO 纳米Al_(2)O_(3) 

学科分类：070801[070801] 07[理学] 0708[理学-地球物理学类] 

D　O　I：10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230588

馆 藏 号：203128179...