Masuda等人[5]于1993年制备出不同体积浓度的纳米粒子悬浮液,他们在水中添加平均粒径为13nm的Al2O3和27nm的TiO2粒子,用瞬态热线法测量了纳米粒子悬浮液的导热系数。结果表明,在液体中添加纳米粒子能显著地提高液体的导热系数。这其实是纳米粒子在液体中随机布朗运动的结果[6-8]。79972

Beloni[9]等人研究了含有金属纳米添加剂的癸烷基悬浮液,其中以纯铝、机械合金化的Al0。7Li0。3和纳米复合的2B+Ti作为添加剂,并得到了它们对火焰长度、火焰传播速度及火焰温度和排放物质的影响。这些实验足以证明使用纳米级添加剂可以提升液体燃料的燃烧特性。Jackson等人[10]使用激波管研究发现,温度在1175K以上时,添加铝纳米粒子可以大大缩减正癸烷的点火延迟时间。Allen等人[11]进一步证明了此结论,他们发现,在乙醇中添加2%(重量百分比)的铝纳米粒子可以减少32。0%的点火延迟时间。Tyagi等人[12]利用一个简单的热板实验,研究添加了少量铝和氧化铝纳米粒子的柴油燃料的点火性能。实验结果显示,含有少量铝纳米粒子的柴油燃料的着火几率比纯柴油的着火几率提高很多。Sabourin等人[13]研究了单元推进剂硝基甲烷的燃烧,他们发现仅仅只添加1。0%(重量百分比)的粒子,燃烧率就会有显著提高。Young等人[14,15]评估了纳米尺寸的硼粒子作为燃料添加剂用于高速空气推进的可能性,结果表明,硼粒子可以在乙烯/氧引燃火焰中被点燃。但其温度必须达到1770K左右这一临界值,上述硼粒子才可以持续燃烧。金属如铝、硼、铁、镁和钛,也常因其较高的燃烧能量而应用于固体推进剂和炸药[16]。

纳米流体燃料的燃烧是一个多相、多组分、多尺度的极其复杂的过程。燃料中包含基液和固体粒子,在燃烧时,会有多种物理化学过程发生,这些过程相互作用给研究来带了不小的难度。例如:液体燃料的蒸发,液体燃料在汽相时的燃烧,固体粒子的燃烧,粒子的动力学等方面[4]。论文网

Gan和Qiao[17]研究了含有纳米或微米尺寸铝粒子的纳米流体燃料液滴的燃烧特性。其结果表明,一般情况下,纳米悬浮液比微米级悬浮液维持稳定的时间更长,且在相同的固体负载率和表面活性剂浓度条件下,微米级悬浮液的分裂和微爆具有更高的强度,粒子的燃烧更有效率且更加完全。乙醇基燃料可获得比正癸烷基燃料性能更好的悬浮液。正癸烷/纳米铝液滴的燃烧过程分为五个阶段(预热和着火、燃烧、微爆、表面活性剂火焰、铝液滴火焰),而正癸烷/微米铝液滴只会发生前三个阶段的反应。对于纳米悬浮液,粒子碰撞和聚集的原因中随机布朗运动占主导地位;对于微米悬浮液而言,则是以流体的运动如液滴表面的复原、气泡的形成从而产生的液滴膨胀和内部循环为主。

Gan等人[4]研究了含有硼或铁粒子的纳米流体燃料液滴的燃烧特性。添加硼纳米粒子时,对于正癸烷基燃料,粒子积聚物有时能够被点燃,而对于乙醇基燃料则不能;但添加铁纳米粒子时,对于正癸烷基和乙醇基液滴,积聚物都能够着火并燃烧,并且一些铁粒子(尤其是较大的积聚物)在着火后不久会爆炸。他们还观察了粒子负载率对燃烧的影响。对于高浓度的悬浮液,一部分粒子和液体燃料会同时被点燃并燃烧,剩余的粒子则在稍后阶段集结成块,

而这些积聚物是否会燃烧又取决于基液的性质。

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