CN107356628A - 一种纳米流体冷却液换热性能快速测量装置及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米流体冷却液换热性能快速测量装置，包括超级恒温水浴槽、冷却液容器、定时计量泵、测温仪、换热器、超级恒温油浴槽和接收容器；其中，冷却液容器浸泡于超级恒温水浴槽中，冷却液容器通过管道连接定时计量泵，定时计量泵通过三通阀分别连接换热器的进口端和测温仪的进口端，换热器浸泡于超级恒温油浴槽中，换热器的出口端通过三通阀分别连接接收容器和测温仪的出口端；还提供了使用该装置的纳米流体冷却液换热性能评价方法，以及该方法中使用的两种新型纳米流体冷却液。所述装置、评价方法和新型冷却液在冷却液技术领域中具有良好的应用前景、使用价值和推广潜力。

Description

一种纳米流体冷却液换热性能快速测量装置及评价方法

技术领域

本发明涉及一种冷却液换热性能测量装置及分析方法，更特别地涉及一种纳米流体冷却液(也可称为“纳米流体换热剂”，下同)换热性能快速测量装置及使用该装置的能效比评价方法，属于纳米流体技术和应用领域。

背景技术

随着科技的进步以及工业化的巨大和飞速发展，对于各种热交换剂(也即冷却液)的需求越来越旺盛，且对其性能也有着越来越苛刻的要求。

对于普通的发动机冷却液而言，无论其为水基型还是有机型，为了判断其品质与性能的优劣与否，各国都制定了相应的一些评定方法和标准，并形成系列，即美国系列、欧洲系列、日本系列以及中国系列，具体如下：

美国系列：主要的评价标准是ASTM D3306-2011《汽车及轻负荷车辆的乙二醇型发动机冷却液规范》、ASTM6210-2003《全配方丙二醇型中负荷发动机冷却液技术规范》等。

欧洲系列：不同的汽车生产和研发厂商都制定了各自的评价方法，例如雷诺公司适用于重负荷发动机的《雷诺冷却液产品技术条件》、神农汽车有限公司沿用法国PSA集团的标准，即《发动机用浓缩液或稀释液标准》，该标准与所述的雷诺标准非常类似。

日本系列：主要为《日产发动机冷却液标准》，与上述的其它标准相似。

中国系列：2010年，我国对上述的美国标准做了相应修改后，制定了NS/SH/T0521-2010《乙二醇和丙二醇型发动机冷却液标准》，目前已在业内广泛应用。对于发动机冷却液的一些基本属性，如理化性能、有害离子、腐蚀性能、抗泡性能、橡胶塑料件溶胀性能等都可以参照该标准进行检测和评估。

但随着科技的快速发展，目前对于发动机冷却已经发展到了纳米流体的级别和水平。同时，也必须注意到如下事实，即有别于传统冷却液，现代发动机纳米冷却液具有较高的导热率和减阻特性。

无论是哪国标准，对于冷却液性能的评价，尤其是对于其中动态换热量的测定，需要测量多个复杂的系统流阻，例如V_R气阻、V_R摩阻以及V_{R其它阻力}等，这导致所需装置价格昂贵、操作繁琐，需要非常高的精密度和系统操作环境等，严重限制了其大规模应用和成本的降低。

此外，对于纳米流体冷却液而言，例如对其导热性来说，若仅以导热系数测定仪测得的静态导热系数的结果来评价和标定纳米流体换热剂的导热性能(如换热效率、换热量等)显然是有缺陷的，且无法测量换热速率，因为纳米流体的换热及减阻特性只有在完全流动状态，尤其在高温条件下运行时才能得以充分体现，这导致对于新型的纳米流体冷却来说，无法使用目前的评价方法和各种标准来进行更为准确的评价和标定，导致目前国内外还缺乏针对纳米流体冷却液的标准评价方法。

因此，对于纳米流体冷却液的标准评价方法和进行评价的装置，存在迫切的需求，如何简单、快速、准确地进行评价，更是本领域中目前的研究热点和重点，这也正是本发明得以完成的动力所在和基础所倚。

发明内容

为了提供一种简单、快速、准确的纳米流体冷却液换热性能的快速测量装置和评价方法，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明主要涉及一种纳米流体冷却液换热性能快速测量装置及使用该装置的评价方法。

具体而言，本发明主要包括如下几个方面。

第一个方面，本发明涉及一种纳米流体冷却液换热性能快速测量装置，所述装置包括超级恒温水浴槽、冷却液容器、定时计量泵、测温仪、换热器、超级恒温油浴槽和接收容器；其中，所述冷却液容器浸泡于所述超级恒温水浴槽中，所述冷却液容器通过管道连接所述定时计量泵，所述定时计量泵通过三通阀分别连接所述换热器的进口端和所述测温仪的进口端，所述换热器浸泡于所述超级恒温油浴槽中，所述换热器的出口端通过三通阀分别连接所述接收容器和所述测温仪的出口端。

在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能快速测量装置中，所述超级恒温水浴槽、超级恒温油浴槽、定时计量泵、测温仪等都是非常公知的常规装置，可通过多种商业渠道购买而获得，在此不再一一赘述。

在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能快速测量装置中，所述换热器优选为板式换热器或管式换热器。

如上所述，本发明提供了一种纳米流体冷却液换热性能快速测量装置，所述装置通过独特的结构设计和组合，从而可以非常准确的测量和评价不同冷却液尤其是纳米流体冷却液的综合性能，且整体结构简单、测量方法准确，具有非常优异的应用推广价值和应用潜力。

第二个方面，本发明涉及一种纳米流体冷却液换热性能的评价方法(也即使用上述纳米流体冷却液换热性能快速测量装置的一种纳米流体冷却液换热性能的评价方法)，所述方法包括如下步骤：

S1：向所述冷却液容器中加入待评价纳米流体冷却液，并将所述超级恒温水浴槽和所述超级恒温油浴槽加热至设定温度；

S2：启动所述定时计量泵，记录所述测温仪所显示的所述换热器的进口端温度T_进口；

S3：当所述T_进口稳定不变时，设定运行时间△t，待所述运行时间△t运行完毕后，记录所述测温仪所显示的所述换热器的出口端温度T_出口和所述接收容器中的冷却液体积△V；

S4：根据下式(I)和下式(II)分别计算待测冷却液的换热速率V_q和能效比：

V_q＝[C×d×(T_出口-T_进口)×△V]/△t (I)

X＝[(△V-△V_参)×100％]/△V_参 (II)

其中：

T_进口和T_出口的的单位为℃；

△t的单位为秒(s)；

△V的单位为立方米(m³)；

C为待测冷却液的比热容，单位为J/kg·℃；

d为待测冷却液的密度，单位为kg/m³；

△V_参为已知冷却液在相同测量条件下的接收容器中的体积，其单位为立方米(m³)。

在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能的评价方法中，X的意义在于：相对于已知的冷却液，能效比越大的待测冷却液对冷却泵所要求的功率越小，反之亦然。

在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能的评价方法中，步骤S1中，设定所述超级恒温水浴槽的温度为28-32℃，例如可为28℃、29℃、30℃、31℃或32℃。

在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能的评价方法中，步骤S1中，设定所述超级恒温油浴槽的温度为80-200℃，例如可为80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃。

通过如此的温度设定，可以评价待测冷却液在高温和低温下的换热性能，从而为其温度适用范围、功率适应等提供了进行合适选择的理论基础和标准指导。

在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能的评价方法中，步骤S3中，所述运行时间△t为200-400秒，例如可为200秒、250秒、300秒、350秒或400秒。

第三个方面，本发明还提供了两种新型的纳米流体冷却液，具体而言，该两种新型的纳米流体冷却液也分别为上述评价方法的步骤S1中的所述待评价纳米流体冷却液，通过研究发现，所述两种新型的纳米流体冷却液具有优异的换热效率和能效比，一种适用于大功率燃气涡轮发动机、大功率内燃机等高温换热过程，而另一种则适用于小功率内燃机的中温换热过程。

更具体而言，如下：

在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能的评价方法中，步骤S1中，所述待评价纳米流体冷却液(即第一种待评价纳米流体冷却液)是按照包括如下步骤的制备方法得到的：

A1：将凹凸棒石于马弗炉中在600-700℃下煅烧30-50分钟，然后冷却至室温，并充分研磨至粒度为8-12μm，得到凹凸棒石粉末；将所述凹凸棒石粉末加入到为其质量2-3倍的盐酸水溶液中，充分搅拌60-70分钟，然后过滤，将所得固体用去离子水充分洗涤，直至洗涤液为中性，随后充分干燥，得到酸处理粉末；

A2：将所述酸处理粉末加入到质量百分比浓度为30-38％的强碱水溶液中，加热搅拌回流80-100分钟，冷却过滤，得到碱溶滤液；将所述碱溶滤液和正硅酸丁酯在搅拌下同时缓慢地加入到NaOH的无水乙醇溶液中，加入完毕后继续搅拌30-50分钟，然后静置过夜，过滤得到凝胶物，用去离子水充分洗涤多次，真空干燥，得到凝胶；

A3：依质量份计，分别称取所述凝胶5-7份、二苄基二硫醇0.4-0.8份、无水乙醇9-11份、钼酸铵0.3-0.7份、三乙醇胺0.3-0.7份、丙炔醇(即乙炔基甲醇，下同)4.5-6份和1,3-丙二醇76-79份，将这些物质充分混合，在高速剪切机中充分搅拌，直至所述凝胶完全溶解，即得所述第一种待评价纳米流体冷却液。

其中，在所述步骤A1中，所述盐酸水溶液的摩尔浓度为2-3mol/L，例如可为2mol/L、2.5mol/L或3mol/L。

其中，在所述步骤A2中，所述强碱水溶液为NaOH水溶液或KOH水溶液。

其中，在所述步骤A2中，所述酸处理粉末与所述强碱水溶液的质量比为1:2-3，例如可为1:2、1:2.5或1:3。

其中，在所述步骤A2中，所述碱溶滤液和正硅酸丁酯的质量比为1:0.12-0.18，例如可为1:0.12、1:0.14、1:0.16或1:0.18。

其中，在所述步骤A2中，所述NaOH的无水乙醇溶液的摩尔浓度为1-2mol/L，也即将1-2mol NaOH溶于1L无水乙醇中得到的溶液。

其中，在所述步骤A2中，所述碱溶滤液与所述NaOH的无水乙醇溶液的体积比为1:3-5，例如可为1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5。

如上所述，本发明还提供了一种上述制备方法得到的第一种新型待评价纳米流体冷却液，该冷却液经过研究发现，其具有良好的高温换热性能，特别适用于大功率燃气涡轮发动机、大功率内燃机等高温换热过程。

下面将详细描述第二种待评价纳米流体冷却液，也即在本发明的所述纳米流体冷却液换热性能的评价方法中，步骤S1中，所述待评价纳米流体冷却液(即第二种待评价纳米流体冷却液)是按照包括如下步骤的制备方法得到的：

B1：相同于所述步骤A1；

B2：相同于所述步骤A2；

B3：依质量份计，分别称取步骤B2中得到的所述凝胶2.5-3.5份、纳米氧化锌2-4份、二苄基二硫醇0.25-0.35份、无水乙醇4-6份、钼酸铵0.3-0.7份、三乙醇胺0.3-0.7份、丙炔醇(即乙炔基甲醇)4.5-5.5份、正丁醇8-12份和乙二醇68-75份，将这些物质充分混合，在高速剪切机中充分搅拌，直至所述凝胶完全溶解，即得所述第二种待评价纳米流体冷却液。

其中，步骤B1-B2分别相同于第一种待评价纳米流体冷却液制备方法中的步骤A1和A2，其附加限定也完全相同(例如步骤A1-A2中对于盐酸水溶液摩尔浓度的限定、强碱水溶液的限定、各个物料的用量比限定、NaOH的无水乙醇溶液的摩尔浓度限定等等)，为了篇幅起见，在此不再进行重复描述。

其中，所述纳米氧化锌的粒度为3-6nm，例如可为3nm、4nm、5nm或6nm。该物质为常规物质，可通过多种商业渠道而购买得到，在此不再进行详细描述。

如上所述，本发明还提供了一种上述制备方法得到的第二种新型待评价纳米流体冷却液，该冷却液经过研究发现，其具有良好的中温换热性能，特别适用于小功率内燃机的中温换热过程。

综上所述，本发明提供了一种纳米流体冷却液换热性能快速评价装置和使用该装置的评价方法，所述方法通过使用上述的独特、且简单地快速测量装置，可以准确、快速地对冷却液的综合性能进行测量和评价，并可以简单地通过换热速率和能效比X来判断其适用范围，在纳米流体冷却液的性能评价方面具有简单、易行、准确等诸多优点，克服了目前昂贵的精密测量仪器的诸多缺点(例如只能静态测量、价格昂贵、操作繁琐、测量参数多、外界影响因素大等)，对于纳米流体的性能评价方法和标准的建立提供了良好的基础。此外，还提供了两种新型的纳米流体冷却液，其具有良好的换热性能，具有不同的适用范围，具有良好的生产潜力和应用价值。

附图说明

图1是本发明所述纳米流体冷却液换热性能快速评价装置的结构连接示意图，其中各个标号表示如下的组件或单元：

1、超级恒温水浴槽；2、冷却液容器；3、定时计量泵；4、测温仪；5、换热器；6、超级恒温油浴槽；7、接收容器。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

实施例1:第一种待评价纳米流体冷却液的制备

A1：将凹凸棒石于马弗炉中在650℃下煅烧40分钟，然后冷却至室温，并充分研磨至粒度为10μm，得到凹凸棒石粉末；将所述凹凸棒石粉末加入到为其质量2.5倍的盐酸水溶液(其摩尔浓度为2.5mol/L)中，充分搅拌65分钟，然后过滤，将所得固体用去离子水充分洗涤，直至洗涤液为中性，随后充分干燥，得到酸处理粉末；

A2：将所述酸处理粉末加入到质量百分比浓度为34％的NaOH水溶液中，加热搅拌回流90分钟，冷却过滤，得到碱溶滤液；将所述碱溶滤液和正硅酸丁酯(所述碱溶滤液和正硅酸丁酯的质量比为1:0.15)在搅拌下同时缓慢地加入到NaOH的无水乙醇溶液(所述NaOH的无水乙醇溶液的摩尔浓度为1.5mol/L)中，加入完毕后继续搅拌40分钟，然后静置过夜，过滤得到凝胶物，用去离子水充分洗涤多次，真空干燥，得到凝胶；

A3：依质量份计，分别称取所述凝胶6份、二苄基二硫醇0.6份、无水乙醇10份、钼酸铵0.5份、三乙醇胺0.5份、丙炔醇(即乙炔基甲醇，下同)5.3份和1,3-丙二醇77.5份，将这些物质充分混合，在高速剪切机中充分搅拌，直至所述凝胶完全溶解，即得第一种待评价纳米流体冷却液，将其命名为L1。

通过透射电镜图(TEM)发现，L1中的粒子胶团(即步骤A2中得到的凝胶充分分散后得到的胶团)的粒径平均为6nm左右，且分散均匀，无任何团聚现象出现(而在目前现有技术中的纳米冷却液中，通常存在团聚现象)。

对比例1-1至1-3

对比例1-1：除步骤A1中的凹凸棒土未进行煅烧外，其它操作均不变，从而重复了实施例1，得到对比例1-1，将最终所得冷却液命名为L1D1。

对比例1-2：除步骤A1中的凹凸棒土粉末未用盐酸水溶液处理外，其它操作均不变，从而重复了实施例1，得到对比例1-1，将最终所得冷却液命名为L1D2。

对比例1-3：除步骤A2中未同时加入正硅酸丁酯外(即仅仅向NaOH的无水乙醇溶液中加入碱溶滤液)，其它操作均不变，从而重复了实施例1，得到对比例1-1，将最终所得冷却液命名为L1D3。

实施例2：第二种待评价纳米流体冷却液的制备

B1：同实施例1中的步骤A1；

B2：同实施例1中的步骤A2；

B3：依质量份计，分别称取步骤B2中得到的凝胶3份、纳米氧化锌3份(粒度为4nm)、二苄基二硫醇0.3份、无水乙醇5份、钼酸铵0.5份、三乙醇胺0.5份、丙炔醇(即乙炔基甲醇，下同)5份、正丁醇10份和乙二醇72.5份，将这些物质充分混合，在高速剪切机中充分搅拌，直至所述凝胶完全溶解，即得第二种待评价纳米流体冷却液，将其命名为L2。

通过透射电镜图(TEM)发现，L2中的粒子胶团(即步骤B2中得到的凝胶充分分散后得到的胶团)的粒径平均为8nm左右，且分散均匀，无任何团聚现象出现(而在目前现有技术中的纳米冷却液中，通常存在团聚现象)。

对比例2-1至2-3

对比例2-1：除步骤B1中的凹凸棒土未进行煅烧外，其它操作均不变，从而重复了实施例2，得到对比例2-1，将最终所得冷却液命名为L2D1。

对比例2-2：除步骤B1中的凹凸棒土粉末未用盐酸水溶液处理外，其它操作均不变，从而重复了实施例2，得到对比例2-1，将最终所得冷却液命名为L2D2。

对比例2-3：除步骤B2中未同时加入正硅酸丁酯外(即仅仅向NaOH的无水乙醇溶液中加入碱溶滤液)，其它操作均不变，从而重复了实施例2，得到对比例2-1，将最终所得冷却液命名为L2D3。

性能测试

下面分别对上述实施例和对比例所得到的热交换剂进行多方面的性能测试，以考察本发明的热交换剂的性能，以及各个工艺参数和/或组分选择对于最终性能的影响。

A、冰点和沸点的考察

按照热交换剂领域中的常规认识，通常认为冰点≤-45℃、沸点≥106℃便可满足要求。

按照常规的冰点、沸点测量方法，对本发明实施例和对比例得到的热交换剂进行了测量，结果见下表1。

表1：冰点与沸点的考察

其中，“/”表示各个冷却液的对应关系，例如“L1/L2”的沸点温度为“187.8/187.3”，表示L1的沸点温度为187.8℃，而L2的沸点温度为187.3℃。其它和下面的类似表达均表示相同的对应关系，不再进行一一描述。

由上表1可见：1、当步骤A1(或B1)中省略掉煅烧操作和酸处理操作时，导致冰点和沸点有一定程度的降低，这应该是由于未进行煅烧和酸处理时，导致最终冷却液中的凝胶胶团存在一定的杂质，进而降低了其低温和高温承受度。2、而当步骤A2(或B2)中未加入正硅酸丁酯时，低温和高温承受度降低最为显著，从而证明了加入正硅酸丁酯的必要性和效果上的预料不到性。

B、pH值稳定性和外观考察

在制备得到各个冷却液后，立刻测量它们在90℃下的pH值，发所有冷却液的pH值均处于7.5-7.7之间，将其统一调节为7.6。

然后，在避光、密闭和80℃条件下储存各个冷却液，并分别测量第10天、40天和100天的pH，计算不同天数时对于初始值7.6的偏离百分比数值以及100天时各自的外观状况。结果见下表2。

表2：pH值稳定性和外观考察

其中，100天时外观状况的“√√”表示澄清、无任何沉淀或絮状物；“√”表示澄清，但有少许絮状物；“×”表示有轻微浑浊和少许絮状物。

由上表2可见，本发明的L1-L2具有非常优异的高温热稳定性，在放置100天后pH值几乎无变化，且形态稳定，未有任何沉淀或絮状物出现。而L1D1、L2D1则在稳定性上显著变差，产生了絮状物和浑浊，pH值稳定性也显著降低，这证明进行煅烧处理的必要性。

C、导热性能测试

按照热流计法标准ASTMC518对本发明的不同冷却液进行导热性能测试，结果见下表3。

表3：导热性能测试

由上表3可见：1、本发明的L1-L2具有优异的导热性能；2、当步骤A2或B2中未加入正硅酸丁酯时，导致导热性能有显著降低(见L1D3/L2D3)，这证明该物质的加入，可以显著提高导热性能，应该是其改善了所得凝胶胶团的内部结构均匀性，从而具有更好的导热效果；3、而当未进行煅烧和酸处理时，也导致导热性能有一定程度的降低。

综合上述表1-3的数据可见，本发明提供的所述第一种待评价纳米流体冷却液和第二种待评价纳米流体冷却液具有良好的性能，而且当改变制备步骤中的某些技术特征或技术手段时，都将导致性能有显著的降低，这证明只有通过如此的制备方法才能取得具有最好性能的最终冷却液。

纳米流体冷却液换热性能快速测量装置

如附图1所述，本发明的所述纳米流体冷却液换热性能快速测量装置包括超级恒温水浴槽1、冷却液容器2、定时计量泵3、测温仪4、换热器5、超级恒温油浴槽6和接收容器7；其中，所述冷却液容器2浸泡于所述超级恒温水浴槽1中，所述冷却液容器2通过管道连接所述定时计量泵3，所述定时计量泵3通过三通阀分别连接所述换热器5的进口端和所述测温仪4的进口端，所述换热器5浸泡于所述超级恒温油浴槽6中，所述换热器5的出口端通过三通阀分别连接所述接收容器7和所述测温仪4的出口端。

其中，所述换热器5优选为板式换热器或管式换热器。

纳米流体冷却液换热性能的评价方法

I-1、对纳米流体冷却液L1流经90℃油浴换热的评价

该评价方法包括如下步骤：

S1：向冷却液容器2中加入待评价纳米流体冷却液L1，并将所述超级恒温水浴槽1和所述超级恒温油浴槽6分别加热至设定温度30℃和90℃；

S2：启动所述定时计量泵3，记录所述测温仪4所显示的所述换热器5(为板式换热器)的进口端温度T_进口；

S3：当所述T_进口稳定不变时(为30.1℃)，设定运行时间△t(为300秒)，待所述运行时间△t运行完毕后，记录所述测温仪4所显示的所述换热器5的出口端温度T_出口(为81.4℃)和所述接收容器7中的冷却液体积△V(单位为立方米(m³))；

S4：根据下式(I)和下式(II)分别计算待测冷却液的换热速率V_q和能效比：

V_q＝[C×d×(T_出口-T_进口)×△V]/△t (I)

X＝[(△V-△V_参)×100％]/△V_参 (II)

其中：

用比热容测得所述冷却液L1的比热容C＝3674J/kg·℃，用密度计测得所述冷却液L1的密度d＝1093kg/m³。

经过计算，冷却液L1的换热速率V_q＝0.33kJ/s。

I-2、除将冷却液L1替换为L2并测量其比热容和密度外，其它操作均不变，从而按照上述I-1的相同方法，得到冷却液L2的换热速率V_q＝0.40kJ/s。

I-3、除将冷却液L1替换为市场上公知使用的德国宝马325的原装冷却液(将其命名为参考液)并测量其比热容和密度外，其它操作均不变，从而按照上述I-1的相同方法，得到参考液的换热速率V_q＝0.37kJ/s。

I-4、根据上式(II)进行计算，从而得到冷却液L1和L2相对于所述参考液(即上述I-3中的参考液)的能效比，结果如下：

L1的能效比：X＝8.12％。

L2的能效比：X＝6.01％。

综合结果见下表4。

表4：90℃下的换热速率与能效比

II、对纳米流体冷却液流经180℃油浴换热的评价

除将所述超级恒温油浴槽6分别加热至180℃外，其它操作均不变，从而按照上述I-1的相同方法，分别测量了L1、L2和所述参考液在高温下的换热性能。

综合结果见下表5。

表5：180℃下的换热速率与能效比

结果分析

1、由表4数据可见：在90℃下，相对于已知冷却液(即所述参考液)，冷却液L2的换热速率最佳，比参考液高出了8.11％，而能效比提高了6.01％，表明其更适用于小功率的内燃机(例如乘用车汽油发动机)循环冷却系统的中低温散热过程。

而L1虽然能效比的改善虽然要强于L2能效比的改善，但其换热速率要小于L2，甚至要小于参考液，证明其与参考液相比，并不适合于中低温换热。

2、由表5数据可见：在180℃下，相对于已知冷却液(即所述参考液)，冷却液L1的换热速率最佳，比参考液高出了23.91％，而能效比提高了22.05％，表明其适用于燃气涡轮发动机，以及大功率内燃机(例如重负荷柴油发动机)等循环冷却系统的高温散热过程。

还可以看出，在高温散热过程中，L2的性能仍显著高于参考液，表明其也可以用于高温散热(但L1更为优异)。

综上所述，本发明提供了一种纳米流体冷却液换热性能快速评价装置和使用该装置的评价方法，所述方法通过使用上述的独特、且简单地快速测量装置，可以准确、快速地对冷却液的综合性能进行测量和评价，并可以简单地通过换热速率和能效比X来判断其适用范围，在纳米流体冷却液的性能评价方面具有简单、易行、准确等诸多优点，克服了目前昂贵的精密测量仪器的诸多缺点(例如只能静态测量、价格昂贵、操作繁琐、测量参数多、外界影响因素大等)，对于纳米流体的性能评价方法和标准的建立提供了良好的基础。此外，还提供了两种新型的纳米流体冷却液，其具有良好的换热性能，具有不同的适用范围，具有良好的生产潜力和应用价值。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米流体冷却液换热性能快速测量装置，所述装置包括超级恒温水浴槽、冷却液容器、定时计量泵、测温仪、换热器、超级恒温油浴槽和接收容器；其中，所述冷却液容器浸泡于所述超级恒温水浴槽中，所述冷却液容器通过管道连接所述定时计量泵，所述定时计量泵通过三通阀分别连接所述换热器的进口端和所述测温仪的进口端，所述换热器浸泡于所述超级恒温油浴槽中，所述换热器的出口端通过三通阀分别连接所述接收容器和所述测温仪的出口端。

2.如权利要求1所述的纳米流体冷却液换热性能快速测量装置，其特征在于：所述换热器优选为板式换热器或管式换热器。

3.一种使用权利要求1-2任一项所述纳米流体冷却液换热性能快速测量装置的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，所述方法包括如下步骤：

S1：向所述冷却液容器中加入待评价纳米流体冷却液，并将所述超级恒温水浴槽和所述超级恒温油浴槽加热至设定温度；

S2：启动所述定时计量泵，记录所述测温仪所显示的所述换热器的进口端温度T_进口；

S3：当所述T_进口稳定不变时，设定运行时间△t，待所述运行时间△t运行完毕后，记录所述测温仪所显示的所述换热器的出口端温度T_出口和所述接收容器中的冷却液体积△V；

S4：根据下式(I)和下式(II)分别计算待测冷却液的换热速率V_q和能效比：

V_q＝[C×d×(T_出口-T_进口)×△V]/△t (I)

X＝[(△V-△V_参)×100％]/△V_参 (II)

其中：

T_进口和T_出口的的单位为℃；

△t的单位为秒(s)；

△V的单位为立方米(m³)；

C为待测冷却液的比热容，单位为J/kg·℃；

d为待测冷却液的密度，单位为kg/m³；

△V_参为已知冷却液在相同测量条件下的接收容器中的体积，其单位为立方米(m³)。

4.如权利要求3所述的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，其特征在于：步骤S1中，设定所述超级恒温水浴槽的温度为28-32℃。

5.如权利要求3-4任一项所述的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，其特征在于：步骤S1中，设定所述超级恒温油浴槽的温度为80-200℃。

6.如权利要求3-5任一项所述的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，其特征在于：步骤S3中，所述运行时间△t为200-400秒。

7.如权利要求3-6任一项所述的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，其特征在于：步骤S1中，所述待评价纳米流体冷却液是按照包括如下步骤的制备方法得到的：

A1：将凹凸棒石于马弗炉中在600-700℃下煅烧30-50分钟，然后冷却至室温，并充分研磨至粒度为8-12μm，得到凹凸棒石粉末；将所述凹凸棒石粉末加入到为其质量2-3倍的盐酸水溶液中，充分搅拌60-70分钟，然后过滤，将所得固体用去离子水充分洗涤，直至洗涤液为中性，随后充分干燥，得到酸处理粉末；

A2：将所述酸处理粉末加入到质量百分比浓度为30-38％的强碱水溶液中，加热搅拌回流80-100分钟，冷却过滤，得到碱溶滤液；将所述碱溶滤液和正硅酸丁酯在搅拌下同时缓慢地加入到NaOH的无水乙醇溶液中，加入完毕后继续搅拌30-50分钟，然后静置过夜，过滤得到凝胶物，用去离子水充分洗涤多次，真空干燥，得到凝胶；

A3：依质量份计，分别称取所述凝胶5-7份、二苄基二硫醇0.4-0.8份、无水乙醇9-11份、钼酸铵0.3-0.7份、三乙醇胺0.3-0.7份、丙炔醇4.5-6份和1,3-丙二醇76-79份，将这些物质充分混合，在高速剪切机中充分搅拌，直至所述凝胶完全溶解，即得所述待评价纳米流体冷却液。。

8.如权利要求7所述的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，其特征在于：在所述步骤A2中，所述碱溶滤液和正硅酸丁酯的质量比为1:0.12-0.18。

9.如权利要求3-6任一项所述的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，其特征在于：步骤S1中，所述待评价纳米流体冷却液是按照包括如下步骤的制备方法得到的：

B1：相同于权利要求7中的所述步骤A1；

B2：相同于权利要求7中的所述步骤A2；

B3：依质量份计，分别称取步骤B2中得到的所述凝胶2.5-3.5份、纳米氧化锌2-4份、二苄基二硫醇0.25-0.35份、无水乙醇4-6份、钼酸铵0.3-0.7份、三乙醇胺0.3-0.7份、丙炔醇4.5-5.5份、正丁醇8-12份和乙二醇68-75份，将这些物质充分混合，在高速剪切机中充分搅拌，直至所述凝胶完全溶解，即得所述待评价纳米流体冷却液。

10.如权利要求9所述的纳米流体冷却液换热性能的评价方法，其特征在于：所述纳米氧化锌的粒度为3-6nm。