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石墨烯奈米冷卻液應用於熱交換模擬平台與機車引擎性能之研究
(2022) 羅煌傑; LUO, Huang-Jie
使用市售用改質親水性石墨烯添加到機車原廠冷卻液製備成不同重量百分濃度之石墨烯奈米冷卻液(GrNC)，並加入羧甲基纖維素(CMC)作為流體分散劑增加穩定性。分別進行沉降、黏度、比熱、導熱與磨潤等基礎性質實驗，依據實驗數據進行綜合性能分析評比並選出最佳濃度之GrNC後續進行熱交換模擬平台與實車性能之實驗。以原廠冷卻液為對照組與GrNC進行比較，沉降試驗為0.01 wt.%與0.07 wt.% GrNC表現較佳，可穩定至10天；黏度試驗0.09 wt.% GrNC改善了20.93 %；比熱試驗0.01 wt.% 與0.07 wt.% GrNC增加1.2 %與3.1 %；導熱試驗GrNC導熱值優於原廠冷卻液，0.01 wt.% 和0.09 wt.% GrNC導熱係數增加28.22 %和36.18 %；磨潤試驗結果GrNC可以減少磨耗量，0.01 wt.%和0.07 wt.% GrNC為最佳，分別改善6.89 %和7.34 %。由前述基礎實驗數據結果進行綜合分數評比，最終選定0.01 wt.%和0.07 wt.% GrNC作為後續熱交換模擬平台與實車性能實驗流體。使用GrNC為熱交換模擬平台工作流體來試驗水箱散熱性能與引擎暖車試驗中，與原廠冷卻液進行比較。得到在60 ℃時0.01 wt.%與0.07 wt.% GrNC散熱量提升5.19 %和8.01 %；80 ℃時散熱量分別改善8.42 %與19.51 %。且GrNC能加速流體加熱時間，0.01 wt.%與0.07 wt.% GrNC在60 ℃分別改善6.12 % 和8.74 %；80 ℃時改善7.56 %與8.68 %。而在實車性能ECE-40、定速、平路與爬坡試驗中，GrNC與原廠冷卻液比較，在溫度、扭矩、廢氣與PM排放各方面均有改善趨勢。0.01 wt.%與0.07 wt.% GrNC在散熱水溫差平均改善7 % 和16.18 %；機油溫度平均提升5.35 % 和3.52 %；齒輪油溫度平均提升7.8 % 和17 %；平路與爬坡瞬間扭矩GrNC平均提升87 % 和122 %。廢氣排放實驗，與原廠冷卻液比較0.01 wt.%與0.07 wt.% GrNC在HC排放中分別減少15.64 % 和14.46 %；CO減少53.9 % 與50.6 %；CO2增加23.59 % 與34.8 %。在PM總量排放方面，定速時分別減少31.45 % 和8.22 %；平路時分別減少29.76 % 和49.37 %；爬坡時分別減少38.57 % 和45.96 %。