本文档属于类型b（综述类论文）。以下是针对《chemical industry and engineering progress》2011年第30卷第1期刊载的《纳米技术在强化传热中应用的研究进展》的学术报告：

作者与机构
本文由华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室的张正国、燕志鹏、方晓明、方玉堂、高学农团队撰写，发表于2011年。

主题与背景
论文系统综述了纳米技术在强化传热领域的三大应用方向：纳米流体（nanofluid）、纳米胶囊相变粒子（nano-encapsulation phase change material）及纳米涂层表面（nanocoated surface）。随着能源危机加剧，提高换热器效率成为关键，而传统强化传热技术（如扩展表面、粗糙表面）在微尺度传热场景中面临局限性。纳米材料因其独特的尺寸效应和表面特性，为传热强化提供了新思路。

主要观点与论据

1. 纳米流体的传热强化机制

单相对流传热：
- 实验证据：
- TiO₂/水纳米流体（体积分数0.2%）在套管换热器中传热系数提升6%~11%（Duangthongsuk等，2009）；CuO/水纳米流体（0.003%）传热系数提高8%（Asirvatham等，2010）。
- 粒径影响：Al₂O₃纳米流体中，45nm粒子比150nm粒子传热系数更高（Anoop等，2009）；而CuO/水纳米流体在76nm时表现最佳（Zhang等，2010）。
- 机理分析：纳米粒子通过布朗运动增强微对流，同时改变流体热导率、黏度等物性参数。

沸腾传热：
- 争议性结果：部分研究显示纳米流体池沸腾传热系数提升15%~68%（如纳米粒子沉积改善表面特性），另一些研究则发现传热恶化（如表面污垢形成）（Taylor等，2009）。
- 流动沸腾优势：纳米流体在流动沸腾中表现更稳定，如Al₂O₃/水纳米流体临界热流密度提升40%（Ahn等，2010），归因于纳米粒子沉积改变表面润湿性。

2. 纳米胶囊潜热型热流体的创新应用

• 技术优势：相比微米级胶囊，纳米胶囊（粒径<100nm）可降低流动阻力、提高相变速率，并减少过冷度。
  
• 实验数据：
  
  • 石蜡基纳米胶囊（质量分数30%）在微通道中努塞尔特数达基础流体的1.5倍（Kuravi等，2009）；聚合物纳米胶囊（质量分数10%）传热系数提高75%（Hong等，2010）。
    
• 挑战：需解决纳米胶囊制备中粒径均一性、芯材包裹率及稳定性问题。
  

3. 纳米涂层表面的相变传热强化

沸腾传热：
- 涂层方法：包括“纳米流体核态沸腾沉积法”（Kim等，2007）、“化学气相沉积法”等。
- 性能提升：
- TiO₂纳米涂层通过调控接触角使沸腾传热系数最大化（Phan等，2009）；ZnO纳米涂层使临界热流密度从23.2 W/cm²提升至82.5 W/cm²（Hendricks等，2010）。

冷凝传热：
- 滴状冷凝实现：SiO₂纳米杆状涂层（30nm高度）通过改变表面自由能强化冷凝传热（Ojha等，2010），而铜基材表面纳米结构与十八烷基硫醇涂层的组合可优化液固自由能差效应（Lan等，2010）。

研究展望与价值

1. 科学意义：揭示了纳米材料通过物性调控、表面改性和相变潜热利用等多路径强化传热的机制，填补了微尺度传热理论的空白。
   
2. 应用价值：为高效换热器设计、电子设备冷却及新能源系统优化提供了技术储备，如纳米流体与扩展表面的复合强化技术可提升工业换热效率。
   
3. 未来方向：
   
   • 开发无机/高分子双膜纳米胶囊以结合纳米流体与潜热型流体优势；
     
   • 探索纳米涂层形貌与传热性能的定量关系，建立普适性理论模型。
     

亮点总结

• 全面性：首次系统比较了纳米技术在单相、相变传热中的差异化效果。
  
• 批判性分析：指出纳米流体沸腾传热研究的矛盾结论，提出表面沉积与污垢形成的平衡是关键。
  
• 技术前瞻性：提出“复合强化”理念，如纳米流体与插入物协同、纳米涂层与微结构结合等创新思路。
  

本文为纳米传热技术的工业化应用奠定了理论基础，并指明了跨学科研究的必要性。