冰蓄冷技術可以有效解決電網(wǎng)供應中的“峰谷負荷”現(xiàn)象，提高能源的利用效率。納米流體能夠顯著改善冰蓄冷系統(tǒng)中的過冷現(xiàn)象及傳熱性能，得到廣大科研人員的青睞。為進一步了解添加納米材料對基液凝固過程和熱物理性質(zhì)的影響。同時，考慮到過冷流體易與容器壁面接觸而成核凝固，采用傳統(tǒng)接觸式測量過冷流體的表面張力難度大。本文通過冷凍實驗對氧化石墨烯納米流體的凝固特性進行研究，采用聲懸浮技術結合圖像識別技術，非接觸測量過冷狀態(tài)下氧化石墨烯納米流體的表面張力，主要的研究內(nèi)容和結論如下:

(1)為制取穩(wěn)定性良好的納米流體，設計L_9(3~3)正交試驗。采用超聲分散的方法制備了0.02 wt%、0.05 wt%和0.08 wt%氧化石墨烯納米流體，分析超聲振蕩功率和超聲分散時長對納米流體穩(wěn)定性的影響。以Zeta電位為納米流體穩(wěn)定性的主要衡量標準，確定出最佳制備方案。

(2)在-18.0℃的冷凍溫度下，對去離子水和0.02 wt%、0.05 wt%及0.08 wt%氧化石墨烯納米流體進行冷凍實驗。所測流體的過冷度分別為6.8℃、2.4℃、3.0℃和1.9℃，通過“經(jīng)典成核”理論驗證添加氧化石墨烯納米材料具有促進基液成核作用。同時，基液中添加氧化石墨烯納米材料能夠提高蓄冷速率，納米流體冷卻凝固所需的時間相較于去離子水分別縮短了8.7%、20.6%和28.9%。

(3)推導出重力作用下，平面駐波場內(nèi)聲懸浮液滴所需的最小聲壓幅值為2553Pa。諧振腔內(nèi)空氣溫度在-10～20℃范圍內(nèi)變化，懸浮液滴所需的最小聲壓幅值的變化率為2.74%、所受的最大聲輻射力的變化率為30.98%。

(4)采用聲懸浮液滴振蕩法非接觸測量流體的表面張力。通過圖像識別技術獲取懸浮液滴的振蕩信息，確定液滴的振蕩模式為2;使用快速傅里葉變換進行頻譜分析，得到液滴的振蕩頻率;以10.0℃流體的表面張力為基準，確定液滴的形狀修正系數(shù)a，完成修正后Rayleigh方程中各待定參數(shù)的確定。

(5)測量-7.0～10.0℃去離子水的表面張力，測量結果與參考值的平均偏差在±0.37%以內(nèi)，相對偏差小于0.51%，驗證了聲懸浮液滴振蕩法測量流體表面張力的可行性，并適用于過冷流體的表面張力測量。

(6)測量了-7.0～10.0℃、0.02～0.12 wt%氧化石墨烯納米流體的表面張力。其表面張力呈現(xiàn)隨質(zhì)量濃度的增大而增大、隨溫度的升高而減小的變化趨勢，這與氧化石墨烯納米材料的表面親水官能團導致納米顆粒在液滴內(nèi)的分布情況有關。此外，0.05～0.12 wt%納米流體的表面張力隨溫度的變化存在位于0℃附近的拐點。