摘要
发动机散热性能对提升发动机功率具有重要影响，纳米流体作为一种新型传热工质因具有较高的导热系数而表现出优异的传热性能，在汽车散热方面有良好的应用前景。纳米流体的稳定性受到颗粒属性、基础液体性质等因素的综合作用，是制约其在工业生产中应用的重要原因。纳米流体的强化传热效果与多种因素有关，其机理尚未完全明晰。因此，制备稳定性良好的纳米流体并探索其作为发动机冷却介质对发动机性能的影响，对纳米流体在汽车上的应用具有重要意义。 本文首先以乙二醇和去离子水作为基础液，使用两步法制备石墨烯/氧化铝-乙二醇/水基混合纳米流体，基于自然沉降观察、紫外可见吸光光度法和Zeta电位法对比分析十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮3种表面活性剂对混合纳米流体稳定性影响，发现使用十二烷基苯磺酸钠作为稳定剂具有更好的稳定效果，且其与混合粒子的比例为4：1时具有较好的稳定性。 然后，根据稳定性研究结果，以十二烷基苯磺酸钠作为稳定剂，乙二醇/水基冷却液作为基础液制备了石墨烯/氧化铝-乙二醇/水基混合纳米冷却液，基于导热测试研究表面活性剂浓度、粒子质量分数和混合比例对混合纳米冷却液导热性能的影响，发现石墨烯/氧化铝混合纳米粒子显著提升了冷却液的导热性能，混合纳米冷却液的导热增强效果随温度上升而增大，石墨烯和氧化铝的比例为1∶1时最高使混合纳米流体的导热系数提升10%。并使用粘度计测试分析分散剂浓度、混合纳米粒子浓度和粒子混合比例对流体的流变性影响，发现混合纳米粒子使冷却液的粘度增大但随温度增大粘度增加的比例逐渐减小。 最后，分别以乙二醇/水基冷却液和石墨烯/氧化铝-乙二醇/水基混合纳米冷却液作为冷却介质，基于发动机试验台架进行发动机冷启动、暖机和负荷特性试验研究，分析混合纳米冷却液对发动机性能影响。并利用GT-SUITE软件建立发动机冷却系统模型，基于两种冷却液的粘度、导热系数等物性参数，分析使用混合纳米冷却液对发动机循环工况冷启动过程的影响。结果显示，混合纳米冷却液在发动机中表现出良好的传热特性，促进了发动机怠速冷启动的升温速率，冷却液从20℃升温至60℃所用时间缩短了2min，在1400rpm中等负荷下燃油消耗率下降3.9%。
NETL