冰蓄冷技術可以有效解決電網供應中的“峰谷負荷”現象，提高能源的利用效率。納米流體能夠顯著改善冰蓄冷系統中的過冷現象及傳熱性能，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，平面駐波場內聲懸浮液滴所需的最小聲壓幅值為2553Pa。諧振腔內空氣溫度在-10～20℃范圍內變化，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a，完成修正后Rayleigh方程中各待定參數的確定。

(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，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。其表面張力呈現隨質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。