纳米颗粒悬浮液池内泡状沸腾换热的研究

摘要

在普通流体中加入纳米颗粒后组成的悬浮液可以使液体的导热性和对流传热能力有显著提高。但是对于纳米颗粒悬浮液能否强化池内泡状沸腾传热尚未得到一致的结论。 本文首先分别在水平管及水平铜表面加热器池内沸腾装置上进行纳米颗粒悬浮液的沸腾实验,并将实验结果与纯水的沸腾进行比较。加热管沸腾实验中,少量纳米颗粒的加入就可以对沸腾传热起到强化作用。而对于三种不同浓度的铁和氧化铝纳米颗粒悬浮液,水平加热面上的沸腾实验结果是：沸腾表面过热度不随颗粒浓度的增加而单调地减小或增加。 其次,根据实验结果,对纳米颗粒对沸腾传热的影响进行了理论分析,分析表明：纳米颗粒的加入对池内沸腾传热的影响存在着多种因素。可以归结为热物性效应和表面效应。悬浮液有效导热系数的提高,强化了液体内部的热量传递；同时颗粒的加入也减小了基液的表面张力,使沸腾成核的临界过热度减小,从而使池内沸腾传热强化；另一方面,由于颗粒间存在的作用力,增加了悬浮液的表观粘度,加大了容积对流阻力。另外,对于不同粒径和浓度的纳米颗粒悬浮液,由于颗粒间作用能的不同,呈现出不同的稳定性。稳定性差的工质在沸腾初期,颗粒未流化时就已经沉积于加热表面,影响了加热表面的活化核心数。另外,对于重度大的颗粒悬浮液,一旦沸腾剧烈,颗粒流化,对加热面产生的对流冲刷可以破坏先前生成的表面沉积,甚至产生新的活化核心。根据面积复合模型和前人关于表面活化凹坑的实验结果,对纳米颗粒沉积影响加热表面活化核心数的程度,进行了定量的数值模拟。模拟结果和实验中观察到的不同纳米颗粒对沸腾传热的影响基本相符。随着沸腾的进行,工质内部扰动程度的不同,这两种效应的作用程度也不同,导致了沸腾各个时期活化核心数的变化。 因此,对于不同种类,不同粒径和颗粒浓度的纳米颗粒悬浮液,这些因素的影响程度各不相同,它们的综合作用使相应的纳米颗粒悬浮液池内沸腾传热或强化或恶化。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号对照表

声明

第一章前言

1.1概述

1.1.1研究背景

1.1.2沸腾基本理论

1.2国内外研究现状

1.2.1纳米流体的制备及稳定性研究

1.2.2纳米颗粒悬浮液的传热特性研究

1.2.3纳米颗粒悬浮液沸腾传热的研究现状

1.3本文研究内容及创新

第二章纳米颗粒悬浮液池内泡状沸腾的实验研究

2.1水平表面加热器池内沸腾实验

2.1.1实验系统及方法

2.1.2实验数据处理及误差分析

2.1.3实验结果及分析

2.2圆管外纳米颗粒悬浮液沸腾实验研究

2.2.1实验装置及方法

2.2.2实验数据处理及误差分析

2.2.3实验结果与分析

2.3本章小结

第三章纳米颗粒悬浮液热物理特性的研究

3.1纳米颗粒的加入对基液有效导热系数的影响

3.2纳米颗粒的加入对液体表观粘度的影响

3.3纳米颗粒的加入对表面张力的影响

3.4本章小结

第四章纳米颗粒悬浮液池内泡状沸腾的机理研究

4.1热物性效应

4.1.1有效导热系数的增加对池内沸腾换热的影响

4.1.2表面张力的改变对池内沸腾换热的影响

4.1.3表观粘度的增加对池内沸腾换热的影响机理

4.1.4小结

4.2表面效应

4.2.1颗粒对沸腾表面凹坑的填充及冲刷作用

4.2.2颗粒的加入对沸腾活化核心的影响

4.2.3纳米颗粒悬浮液稳定与沉积机理

4.2.4小结

4.3纳米颗粒悬浮液池内沸腾传热的实验综合关系式

4.3.1对流汽化模型

4.3.2对流和潜热转移复合模型

4.3.3纳米颗粒悬浮液池沸腾传热的数值研究展望

4.4本章小结

第五章总结

参考文献

致谢

论文发表情况