一种判定纳米流体悬浮稳定性的方法
【专利摘要】本发明公开了一种判定纳米流体悬浮稳定性的方法，根据麦克斯韦电磁理论电解质悬浮液中粒子质量分数和电导率之间的关系，将纳米流体看作同电解质溶液一样的混合物，以纳米流体中的基液为导体，以纳米流体中的纳米颗粒为散布于导体中的小球，建立模型；测量各种已知质量分数的纳米流体的电导率，拟合得到纳米流体电导率和纳米流体中所含纳米颗粒的质量分数之间的关系式；测量任一时刻待判定悬浮稳定性的纳米流体的电导率，根据拟合得到的纳米流体电导率和质量分数之间的关系式，得出待判定悬浮稳定性的纳米流体的质量分数，判定待判定悬浮稳定性的纳米流体的稳定性。本发明判定方法简单，容易实现。可实现定量分析，且不受颗粒浓度和数量的限制。
【专利说明】一种判定纳米流体悬浮稳定性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物理学【技术领域】，特别是涉及一种利用麦克斯韦电磁理论中电解质悬浮液中粒子质量分数与电导率之间的关系建立模型，判定纳米流体悬浮稳定性的方法。
【背景技术】
[0002]纳米流体是以一定的方式和比例在液体中添加纳米级颗粒而形成的一种换热工质。纳米流体不仅能显著提高传统换热介质的导热系数，而且还可以提高扩散系数，因此，纳米流体在强化传热传质方面具有重要作用。
[0003]一方面，纳米颗粒不停地做不规则的布朗运动，克服重力的作用而保持悬浮在基液中；另一方面，这种不停的布朗运动和颗粒表面的吸附作用又使纳米颗粒在基液中很容易团聚，生成沉淀。通常采用添加分散剂或表面活性剂、调节PH值和超声振荡等方法来提高纳米流体的稳定性。尽管如此，由于密度、表面特性等原因，纳米颗粒依然会沉降。纳米颗粒的沉降会影响纳米流体本身的传热性能和其在设备中的流动性，严重的则会丧失纳米流体的性能特征。所以判定纳米流体的悬浮稳定性显得尤为重要。
[0004]用来对纳米流体这种分散体系稳定性进行评价的方法主要有下面几种:沉降法、Zeta电位法、分形方法、粒径分布法和吸光光度法等。但是这些方法都具有一定的局限性，如重力沉降法无法进行定量分析，分光光度计法仅适合测量颜色较浅的悬浮液，粒径分布法只能观测到少数颗粒，在数量上不具有代表性，其他两种方法又比较复杂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种方法简单，容易实现的判定纳米流体悬浮稳定性的方法。
`[0006]为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
[0007]一种判定纳米流体悬浮稳定性的方法，包括下述步骤:
[0008](I)根据麦克斯韦电磁理论电解质悬浮液中粒子质量分数和电导率之间的关系，将纳米流体看作同电解质溶液一样的混合物，以纳米流体中的基液为导体，以所述纳米流体中的纳米颗粒为散布于导体中的小球，建立模型；则已知质量分数纳米流体的电导率计算公式为:......? _2σ,+σ,-2^(σ,( λ Λ
[0009]σΜ ^ ~Ζ~ΖΖ~σ2(丄 J
Ia1 + σ丨 + φ{ση — )
[0010]公式(I)中:σΜ为已知质量分数的纳米流体的电导率；Oi为基液的电导率；σ 2为纳米颗粒的电导率；Φ为纳米颗粒的质量分数；
[0011](2)测量各种已知质量分数的纳米流体的电导率，根据公式(I)得到纳米流体的质量分数与电导率之间的关系，拟合得到纳米流体电导率和纳米流体中所含纳米颗粒的质量分数之间的关系式；
[0012](3)测量任一时刻待判定悬浮稳定性的纳米流体的电导率，根据拟合得到的纳米流体电导率和质量分数之间的关系式，计算得出待判定悬浮稳定性的纳米流体的质量分数；根据所得质量分数判定待判定悬浮稳定性的纳米流体的稳定性。
[0013]拟合得到的纳米流体电导率和质量分数之间的关系式为:
[0014]σ= 1.36667+201.2 Φ (2)
[0015]式(2)中:σ为纳米流体的电导率；Φ为纳米颗粒的质量分数。
[0016]测量已知质量分数纳米流体的电导率和待判定悬浮稳定性的纳米流体的电导率iu需要滤去沉淀。
[0017]测量过程在恒定室温25°C下进行。 [0018]已知质量分数的纳米流体和待判定悬浮稳定性的纳米流体中的纳米颗粒为球形或类球形。
[0019]测量电导率使用电导率仪。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0021]1、本发明的方法基于麦克斯韦电磁理论中电解质溶液电导率与粒子质量分数的关系，将纳米流体看作类似于电解质溶液的混合物，建立相似模型，通过测量不同质量分数纳米流体的电导率，拟合出纳米流体电导率和质量分数之间的关系式。利用此关系式，测量任一时刻滤去沉淀的纳米流体的电导率，即可计算出纳米流体的质量分数，进而判断纳米流体的悬浮稳定性。本发明判定纳米流体悬浮稳定性的方法简单，容易实现。
[0022]2、本发明方法与操作简单，可以实现定量分析，并且不受颗粒浓度和数量的限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1所示为本发明判定纳米流体悬浮稳定性的方法所用装置的示意图；
[0024]图2所示为重力沉降法所得到的结果。
[0025]图中:1.2401-M电导电极，2.MP522型精密pH/电导率仪，3.计算机。
【具体实施方式】
[0026]以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027]麦克斯韦提出:一种电导率为的导体，里面分散着一些电导率为σ2的小球，所有小球的体积和整个混合物的体积之比为Φ，小球的半径应比小球之间的距离小得多，Φ必然是个很小的数，可得混合物的电导率σ μ的公式为:
Ia1 + σ, - 2φ{ση - σ,),、
[0028]σΜ =—-~1~τ-^~( I )
1σ2 + + φ(σ2 - σ,)
[0029](I)当纳米颗粒为球形或类球形时，纳米流体中的纳米颗粒的半径比纳米颗粒之间的距离小很多，因此，纳米流体类似于电解质溶液的一种混合物，建立相似模型，即基液作为一种导体，纳米颗粒为散布于导体中的小球。则上述公式适用于纳米流体，上述公式中的σ μ为已知质量分数的纳米流体的电导率；σ ?为基液的电导率；σ 2为纳米颗粒的电导率；Φ为纳米颗粒的质量分数。
[0030](2)测量各种已知质量分数的纳米流体的电导率，根据公式(I)得到纳米流体的质量分数与电导率之间的关系，拟合得到纳米流体电导率和质量分数之间的关系式；
[0031](3)测量任一时刻待判定悬浮稳定性的纳米流体的电导率，根据拟合得到的纳米流体电导率和质量分数之间的关系式，计算得出待判定悬浮稳定性的纳米流体的质量分数；根据所得质量分数判定待判定悬浮稳定性的纳米流体的稳定性。
[0032]其中，测量已知质量分数纳米流体的电导率和待判定悬浮稳定性的纳米流体的电导率前需要滤去沉淀。测量过程在恒定室温25°C下进行。
[0033]实施例:
[0034]1、测量过程如下:
[0035](I)将2401-M电导电极1、MP522型精密pH/电导率仪2和计算机3组成实验装置。打开PH/电导率仪预热30分钟，按照仪器介绍的方法先用标准溶液校准电导电极，然后用去离子水清洗电导电极并甩干后开始测量。
[0036](2)将探头放入刚制备好的CuO/去离子水纳米流体悬浮液中，轻轻晃动电导电极，使其与溶液充分接触后静置。
[0037](3)等到显示数值稳定后读取数据，并记录测量温度。
[0038](4)每个值测量5次，取其平均值为实验结果，对比发现每个实验值与平均值之间的偏差在3%内，表明实验的重复性较好，具体数据如表I。
[0039]表I纳米流体电导率实验数据
[0040]
【权利要求】
1.一种判定纳米流体悬浮稳定性的方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)根据麦克斯韦电磁理论电解质悬浮液中粒子质量分数和电导率之间的关系，将纳米流体看作同电解质溶液一样的混合物，以纳米流体中的基液为导体，以所述纳米流体中的纳米颗粒为散布于导体中的小球，建立模型；则已知质量分数纳米流体的电导率计算公式为:
2.根据权利要求1所述的判定纳米流体悬浮稳定性的方法，其特征在于，拟合得到的纳米流体电导率和质量分数之间的关系式为:
σ= 1.36667+201.2 Φ (2) 式(2)中:σ为纳米流体的电导率；Φ为纳米颗粒的质量分数。
3.根据权利要求1或2所述的判定纳米流体悬浮稳定性的方法，其特征在于，测量已知质量分数纳米流体的电导率和待判定悬浮稳定性的纳米流体的电导率前需要滤去沉淀。
4.根据权利要求3所述的判定纳米流体悬浮稳定性的方法，其特征在于，测量过程在恒定室温25°C下进行。
5.根据权利要求1所述的判定纳米流体悬浮稳定性的方法，其特征在于，已知质量分数的纳米流体和待判定悬浮稳定性的纳米流体中的纳米颗粒为球形或类球形。
6.根据权利要求1所述的判定纳米流体悬浮稳定性的方法，其特征在于，其特征在于，测量电导率使用电导率仪。
【文档编号】G01N15/04GK103712896SQ201310588963
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】苏新军, 王亚妹 申请人:天津商业大学