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摘 要

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2纳米流体特性 1

1.3纳米流体的粘度特性 2

1.4纳米流体的制备方法 3

1.5改善纳米流体特性的方法 3

1.6纳米流体的在推进剂燃料中的应用 4

1.7课题的主要任务 4

第二章 Al-乙醇纳米流体制备与检测方法 6

2.1实验材料及仪器 7

2.2实验具体制备流程 7

2.3纳米流体稳定性测试方法 9

2.2.1观察法 9

2.2.2测量法 11

2.2.3本文使用的稳定性测试方法 11

2.3粘度测试方法 12

第三章 稳定性测试及结果分析 13

3.1实验测试具体步骤 13

3.1.1静置观察法实验组 13

3.1.2电镜观察法实验组 13

3.1.3zeta电位法实验组 14

3.2表面活性剂添加对稳定性的影响 14

3.3浓度对纳米流体稳定性的影响 19

第四章 粘度测试及结果分析 21

4.1浓度对纳米流体粘度的影响 21

4.2表面活性剂对纳米流体粘度的影响 24

第五章.总结 26

5.1结论 26

5.1.1纳米流体稳定性 26

5.1.2纳米流体粘度 26

5.2课题展望 26

致 谢 28

参考文献 29

摘 要

纳米流体燃料是指将高能量密度的金属或非金属纳米颗粒添加到液体燃料中形成的稳定的具有优良特性的新型燃料。在液体燃料中添加高能纳米粒子形成的纳米流体，具有液体燃料流动特性的同时能量密度显著增加，是一种理想的新型高能燃料。然而，纳米流体本身存在稳定性、分散性差，纳米粒子易发生团聚等问题，明显制约了纳米流体燃料的应用。本文以Al-乙醇纳米流体系统为研究对象，对稳定纳米流体燃料的制备配方和稳定性、流变性进行了研究。采用两步法制备纳米流体燃料，并对悬浮液进行20分钟的连续超声分散处理。使用了静置观察法和扫描电子显微镜的可视化方法，同时测定了纳米流体悬浮液的zeta电位，对不同浓度和含有不同表面活性剂的纳米流体进行了稳定性研究。对纳米流体悬浮液的粘度进行了测定，分析了粘度与纳米流体稳定性间的关系。结果表明：使用油酸作为表面活性剂在本文的研究范围内对稳定性的作用最好，浓度对稳定性的影响较为复杂，与浓度呈现波动关系；粘度随浓度升高而升高，但现有模型对本实验中流体拟合结果均较差。

关键词：纳米流体;燃料;扫描电子显微镜;zeta电位;粘度

ABSTRACT

Nanofluidic fuel refers to a new stable fuel with excellent characteristics which is formed by adding some high energy density metal or non-metal nanoparticles to the liquid fuel. The addition of high-energy nano-particles in liquid fuels, which has liquid fuel flow characteristics and a significant increase in energy density, is an ideal new high-energy fuel. However, the nanofluid itself has the unstable problem, poor dispersion, and nanoparticles are prone to agglomeration, which obviously restricts the application of nanofluid fuel. In this paper, the aluminum-ethanol nanofluid system was studied, and the preparation, stability and rheology of stable nanofluidic fuel were studied. The nanofluidic fuel was prepared in a two-step process and the suspension was subjected to continuous ultrasonic dispersion treatment for 20 minutes. The static observation method and the scanning electron microscope (SEM) visualization method and zeta potential test were used to simultaneously the stability of the nanofluids with different concentrations and different surfactants was studied. The viscosity of the nanofluid suspension was measured and the relationship between viscosity and nanofluid stability was analyzed. The results show that the use of oleic acid as a surfactant has the best effect on stability in the research scope of this paper. The effect of concentration on stability is complicated and fluctuates with concentration; viscosity increases with concentration, but for The existing model fitting results of the fluids in this experiment are all poor.

KEY WORDS：Nanofluid; fuel; Scanning Electron Microscope; zeta potential; viscosity

第一章 绪论

1.1研究背景

航空航天发动机所需的推进剂要求高燃料性能，燃料性能决定了航空航天飞行器的飞行性能。为了满足航空航天飞行器要求的更高性能（飞行距离、速度、有效载荷），燃料需要更高的能量密度。固体推进剂比冲较低，而液体推进剂比冲较高，所以当前航空航天飞行器一般应用的是高密度的碳氢液体燃料。

高密度液体碳氢燃料使用化学法进行合成，其除了具有一般液体碳氢燃料的优点以外，还具有质量密度和体积热值方面的优势，但同时随着燃料密度增大，其粘度及冰点急剧增加。因此，当前通过化学合成法提升体积热值及燃料密度难度很大，需要新的途径来得到性能更好的推进剂。当前新的途径是将高能材料如金属（铝）和非金属（如碳、硼、碳化硼）作为高能添加剂添加到液体燃料中，提升其密度和体积性能。铝氧化燃烧时释放约30.5MJ/kg的能量，而硼的氧化反应释放的能量则高达58.3MJ/kg^[8]，其能量密度高于较好的液体碳氢燃料，所以添加这些纳米颗粒可以有效提高能量密度。这些高能添加剂一般以纳米颗粒的形态悬浮于液体燃料中，这种燃料也被称为胶体推进剂或是悬浮纳米颗粒燃料。高性能燃料可以广泛用于民用航空航天飞行器和军用飞行器及导弹等，因此研究这一类推进燃料具有重要实用价值和理论意义。

由于颗粒密度高于液体燃料密度，固体颗粒会在燃料中发生沉降和团聚现象从而使燃料性能下降并影响安全性，如何制备稳定的纳米流体悬浮液成为了主要挑战。当前一般采用颗粒表面预处理的方法或采用添加剂的方法保证燃料的稳定性。

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