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研究生:楊世宇
研究生(外文):Shin-Yu Yang
論文名稱:銀奈米流體應用於熱管效益之研究
論文名稱(外文):A Study of Silver Nanofluid on Heat Pipe Thermal Performance
指導教授:康尚文
學位類別:碩士
校院名稱:淡江大學
系所名稱:機械與機電工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:奈米流體熱管
外文關鍵詞:nanofluidheat pipe
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本研究以銀奈米流體為工作流體,充填於寬211μm×深217μm的溝槽式圓形熱管中,奈米流體其銀顆粒粒徑為10nm和35nm,所使用的濃度範圍從1(mg/l) 到100(mg/l)。在實驗中量測熱管的溫度分佈狀態並計算其熱阻,並和充填純水之結果作比較。冷凝端由水冷套件及溫度設定在40℃之恆溫水槽所組成。
在相同充填率下,由充填奈米流體熱管的溫度分佈顯示,在加熱功率30~60W下,其平均熱阻比充填純水減少30%~75%。此外熱阻會隨著銀奈米流體顆粒粒徑的增大與濃度的增加而降低。
Nanofluid is employed as working medium for conventional 211µm width×217µm depth grooved circular heat pipe. The nanofluid used in this study is an aqueous solution of 10nm and 35nm diameter silver nanoparticles. The experiment was performed to measure temperature distribution and compare thermal resistance of heat pipe with nanofluid and with DI-water. The tested concentrations of nanoparticles range from 1mg/l to 100mg/l. The condenser section of the heat pipe was attached to a heat sink, which was cooled by water supplied from a constant temperature bath maintained at 40℃.
At a same charge volume, the measured temperature distribution of nanofluid filled heat pipe have demonstrated that the thermal resistance decreases 30%~75% compare to DI-water case at input power of 30~60W. The measured results also show that the thermal resistances of heat pipe decrease as an increase of the size and the concentrations of silver nanoparticles.
中文摘要................................................Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………Ⅱ
目錄....................................................Ⅲ
圖表列…………………………………………………………………Ⅵ
第一章 緒論……………………………………………………………1
1-1 研究動機…………………………………………………1
1-2 研究背景…………………………………………………1
1-2-1 奈米流體文獻回顧…………………………………3
1-2-2 熱管文獻回顧………………………………………9
1-3 研究目的………………………………………………16
第二章 奈米流體………………………………………………………17
2-1 奈米簡介………………………………………………17
2-2 奈米粉末的製備………………………………………18
2-3 奈米流體之製備…………………………………………20
2-4 奈米流體增強機制………………………………………21
2-4-1 奈米粉末的布朗運動……………………………22
2-4-2 液體在液體/粒子界面的堆積成層...........24
2-4-3 奈米粉末的自然熱傳輸…………………………25
2-4-4 奈米粉末團聚的影響……………………………27
第三章 熱管簡介………………………………………………………29
3-1 熱管工作原理及構造……………………………………29
3-2 熱管設計與考量…………………………………………30
3-3 熱管限制…………………………………………………31
3-4 熱管性能評估……………………………………………33
第四章 實驗設備架構與實驗方法……………………………………34
4-1 熱管製作………………………………………………34
4-1-1 熱管規格………………………………………35
4-1-2 工作流體之充填………………………………35
4-1-3 作動流體的脫氣封入…………………………38
4-1-4 時效性…………………………………………39
4-2 熱管測試機台…………………………………………9
4-2-1 實驗模組的架設………………………………40
4-3 性能測試………………………………………………43
4-3-1 性能測試前製程…………………………………44
4-3-2 實驗步驟…………………………………………46
第五章 實驗結果與討論………………………………………………48
5-1 相同的粒徑,不同的濃度下之影響……………………48
5-2 不同的粒徑,相同的濃度下之影響……………………50
5-3 不同的粒徑,不同的濃度下之影響……………………54
第六章 實驗結果與討論………………………………………………57
6-1 結論………………………………………………………57
6-2 未來建議…………………………………………………60
參考文獻………………………………………………………………62
附錄……………………………………………………………………64

圖表列
圖1.1 奈米流體熱傳導係數與體積比之關係圖……………………6
圖1.2 金屬與氧化金屬奈米流體熱傳導係數與體積比之關係圖……6
圖1.3 不同奈米流體有效熱傳導係數增加量…………………………7
圖1.4 不同濃度奈米流體之沸騰曲線…………………………………7
圖1.5 在TLT上各點溫度…………………………………………8
圖1.6 熱管效能示意圖…………………………………………………8
圖1.7 Gauglar提出的毛細結構………………………………………13
圖1.8 Gauglar將熱管應用於冷卻系統之設計……………………14
圖1.9 實驗測試設備…………………………………………………14
圖1.10平板式熱管實驗數據和模擬值的比較………………………15
圖2.1 奈米粉體製程技術…………………………………………19
圖2.2 一階合成技術示意圖…………………………21
圖2.3 液體堆積成層厚度與熱傳導系數之關係圖..............25
圖2.4 擴散與彈道聲子於固體中之傳輸途徑圖……………………26
圖2.5 奈米流體粉末粒徑與濃度對表面堆積層厚度關係圖………27
圖2.6 熱傳導系數對團聚塊狀體填充分率之關係圖……………28
圖3.1 熱管作動示意圖………………………………………………30
圖3.2 常見的熱管毛細結構示意圖…………………………………31
圖4.1 熱管製程流程圖………………………………………………34
圖4.2 溝槽熱管之剖面圖……………………………………………35
圖4.3 銀奈米流體TEM圖(平均粒徑10 nm)………………37
圖4.4 微量天平量測未充填之空銅管…………………37
圖4.5 流體脫氣封入之示意圖………………………38
圖4.6 實驗機台示意圖..................................39
圖4.7 電源供應器……………………………………………………42
圖4.8 加熱棒…………………………………………………………42
圖4.9 恆溫水槽………………………………………………………42
圖4.10 水冷套件………………………………………………………42
圖4.11 資料擷取器……………………………………………………42
圖4.12 實驗設備示意圖………………………………………………43
圖4.13 溫度校正圖……………………………………………………45
圖4.14 熱電耦線位置示意圖…………………………………………46
圖4.14 實驗步驟流程圖……………………………………………47
圖5.1 粒徑10nm下不同的濃度之各點平均溫度……………………49
圖5.2 粒徑35nm下不同的濃度之各點平均溫度……………………49
圖5.3 溝槽式熱管在各加熱瓦數下濃度1ppm之各點溫度分佈……51
圖5.4 溝槽式熱管在各加熱瓦數下濃度5ppm之各點溫度分佈……51
圖5.5 溝槽式熱管在各加熱瓦數下濃度10ppm之各點溫度分佈……52
圖5.6 溝槽式熱管在各加熱瓦數下濃度50ppm之各點溫度分佈…52
圖5.7 溝槽式熱管在各加熱瓦數下濃度100ppm之各點溫度分佈..53
圖5.8 不同奈米流體濃度與粒徑對熱管效能之影響..........54
圖5.9 溝槽式熱管充填粒徑10nm在不同位置下濃度與溫度……55
圖5.10 溝槽式熱管充填粒徑35nm在不同位置下濃度與溫度……56
圖6.1 10nm和35nm各濃度之熱阻……………………………………59

表1.1 熱傳導係數相關文獻…………………………………………5
表4.1 熱管之規格……………………………………………………35
表4.2 銀奈米流體之規格……………………………………………36
表4.3 實驗參數………………………………………………………43
表5.1 溝槽式熱管在各濃度在各加熱瓦數下其平均溫差…………50
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