納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響

納米流體及表面活性劑對沸騰換熱影響匯報人：指導教師：時間：/07/05納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第1頁Contents沸騰換熱簡明1慣用強化交換熱方法2添加表面活性劑強化換熱3使用納米流體強化換熱4納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第2頁1.沸騰換熱簡明應用范圍

電子元器件，電子設備等按工質(zhì)流動特征沸騰能夠分為大空間沸騰(池沸騰)和流動沸騰沸騰換熱

是經(jīng)過大量汽泡形成、成長和運動將工質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)換到氣態(tài)一個猛烈蒸發(fā)過程沸騰換熱納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第3頁1.沸騰換熱簡明飽和沸騰曲線自然對流換熱機理核態(tài)沸騰過分沸騰穩(wěn)定膜態(tài)沸騰納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第4頁1.沸騰換熱簡明強制對流沸騰池內(nèi)沸騰飽和沸騰換熱形式過冷沸騰池內(nèi)沸騰強制對流沸騰納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第5頁2.慣用強化換熱方法對于核態(tài)沸騰，強化換熱關(guān)鍵是增加汽化關(guān)鍵和提升氣泡脫離頻率。從影響沸騰換熱原因可知，溶于液體中不凝結(jié)氣體、液體過冷、液位高度、重力加速度和沸騰表面結(jié)構(gòu)等對沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有一定影響。納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第6頁2.慣用強化換熱方法過冷度在大擾動(如事故瞬態(tài))情況下,過冷沸騰對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)行為影響顯著。在小擾動情況下,過冷沸騰作用不顯著,對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)特征影響不大。在大擾動情況下,不一樣過冷沸騰模型給出分析結(jié)果之間差異較大;在小擾動情況下這一差異可忽略。選擇適當過冷沸騰模型對動態(tài)計算十分主要納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第7頁2.慣用強化換熱方法重力加速度重力加速度對核態(tài)沸騰換熱無影響；重力加速度對液體自然對流有影響。沸騰換熱在微重力下熱流通量有所增加納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第8頁2.慣用強化換熱方法沸騰表面結(jié)構(gòu)孔穴直徑多孔層厚度δ孔隙率ε汽化中心密度、壓力、多孔表面材料物性等原因納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第9頁2.慣用強化換熱方法微結(jié)構(gòu)表面納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第10頁2.慣用強化換熱方法沸騰換熱強化管表面結(jié)構(gòu)示意納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第11頁3.添加表面活性劑強化換熱國內(nèi)外許多課題組研究發(fā)覺活性劑溶液特征受到活性劑種類、溶液濃度、溶液溫度和沸騰工況等原因影響；但因為復雜性,至今還沒有完全了解其強化換熱機理表面活性劑強化沸騰換熱含有添加少許活性劑就有顯著強化效果特點，其文件可追溯至1939年活性劑是一大類有機化合物，包含疏水基團和親水基團兩部分，添加使用時會形成膠束，溶液中開始形成膠束最低活性劑濃度稱臨界膠束濃度(CMC)表面活性劑納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第12頁3.添加表面活性劑強化換熱王曄春、彭曉峰等選取不一樣類型表面活性劑SDS和TitonX-100，研究其對于乙醇一水混合工質(zhì)強化沸騰換熱規(guī)律，試驗表明表面活性劑能夠起到一定程度強化沸騰換熱作用,能夠有效地降低使用雙組分混合工質(zhì)引發(fā)換熱性能下降Chen等測定了20℃、40℃和60℃溫度下活性劑95%SDS

(小于CMC)和TritonX-100(大于CMC)溶液動力黏度,試驗表明活性劑溶液黏度受到活性劑種類、溶液溫度、溶液濃度和剪切速率影響納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第13頁3.添加表面活性劑強化換熱Zhang和Manglik等研究了活性劑溶液在沸騰表面潤濕特征，發(fā)覺當活性劑溶液質(zhì)量分數(shù)到達一定值后，溶液在沸騰表面接觸角會有最低值且不再隨質(zhì)量分數(shù)增加而升高Manglik課題組系統(tǒng)研究了不一樣活性劑溶液動態(tài)表面張力,其主要結(jié)論:對一定濃度活性劑溶液，溶液溫度越高，動態(tài)表面張力越低；汽泡生成頻率越高，動態(tài)表面張力越高；動態(tài)表面張力除與溶液溫度和濃度相關(guān)，還與活性劑電離特征、分子量等親密相關(guān)納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第14頁3.添加表面活性劑強化換熱紀獻兵，徐進良以SDS十二烷基硫酸鈉為表面活性劑,研究了在不一樣過冷度下SDS濃度對池沸騰換熱影響。試驗結(jié)果表明在低SDS濃度下,沸騰換熱在一定熱流密度范圍內(nèi)得到顯著強化。在不一樣過冷度下,均存在對應最正確SDS濃度值液體過冷度對沸騰換熱影響納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第15頁3.添加表面活性劑強化換熱小結(jié)&展望對在除乙醇外有機溶劑中添加表面活性劑情況研究比較少當前研究大多針對表面活性劑強化飽和沸騰,對過冷沸騰研究相對較少當前對添加表面活性劑強化沸騰散熱機理研究不甚明朗，另外研究活性劑溶液在沸騰工況下物理特征能夠建立在了解活性劑分子結(jié)構(gòu)與其性能關(guān)系基礎上納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第16頁4.納米流體強化換熱液體中添加納米粒子,能夠顯著增加液體導熱系數(shù),提升熱交換系統(tǒng)傳熱性能把納米粉體分散到水、醇、油等傳統(tǒng)換熱介質(zhì)中，制備成均勻、穩(wěn)定、高導熱新型換熱介質(zhì)提升熱交換系統(tǒng)經(jīng)濟性、可靠性和小型化,含有遼闊應用前景和潛在巨大經(jīng)濟價值納米流體流體特點應用前景納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第17頁4.納米流體強化換熱納米顆粒粒徑小,有望在發(fā)展新型微型換熱設備上利用納米粒子可保持穩(wěn)定懸浮不沉淀,有效地防止了其它粒子易產(chǎn)生磨損或堵塞現(xiàn)象；對懸浮液流動起到潤滑作用粒子、壁面、液體間相互作用使得流動層流邊界層被破壞,傳熱增加相同粒子體積含量下,納米粒子表面積和熱容量遠大于毫米或微米級粒子分子間作用力增加小尺寸效應導熱系數(shù)大微電信息領(lǐng)域應用納米流體特點納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第18頁4.納米流體強化換熱1995年,美國Argonne國家試驗室Choi等提出了一個嶄新概念--納米流體,即以一定方式和百分比在液體中添加納米級金屬或非金屬氧化物粒子,形成一類新傳熱冷卻工質(zhì)納米流體導熱系數(shù)影響：納米粒子體積分數(shù)；納米粒子本身導熱系數(shù)；納米粒子粒徑大?。患{米粒子團聚程度；納米粒子表面特征；納米顆粒形狀；基液影響；流體懸浮穩(wěn)定性；納米流體黏度；表面活性劑或分散劑影響；固液界面特征；納米粒子布朗運動納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第19頁4.納米流體強化換熱納米流體對池內(nèi)沸騰沸騰換熱系數(shù)影響（1）作者年份納米流體傳熱面效果李春輝等SiO2-水水平鉑絲表面水平圓管D

20mm強化惡化施明恒等-Fe-水Al2O3-水水平圓形銅表面有強化有惡化周定緯等-Cu-丙酮水平銅管表D20-d16mm有強化有惡化Wen等Al2O3-水水平不銹鋼圓表面強化Tu等Al2O3-水水平鈦膜表面強化Witharana等Au-水SiO2-水SiO2-乙二醇水平圓板表面強化惡化惡化Das等Al2O3-水水平不銹鋼圓表面惡化Bang等Al2O3-水惡化Kim等Al2O3-水TiO2-水SiO2-水水平不銹鋼絲水平不銹鋼矩形表面惡化TruongAl2O3-水SiO2-水水平不銹鋼絲強化薛懷生等碳納米管-水銅棒端面直徑12mm有強化有惡化納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第20頁4.納米流體強化換熱納米流體對池內(nèi)沸騰沸騰換熱系數(shù)影響（2）作者年份納米流體傳熱面效果劉振華等-CuO-水碳納米管-水水平方形銅表面強化Kathiravan等Cu-水水平方形不銹鋼表面惡化Kwark等Al2O3-水水平方形銅表面基本不變或惡化Soltani等Al2O3-水豎直不銹鋼柱狀表面強化Suriyawong等TiO2-水水平圓形銅表面水平圓形鋁表面有強化有惡化You等Al2O3-水水平方形銅表面基本不變Kim等Al2O3-水水平不銹鋼圓表面基本不變Jr等Al2O3-水ZnO-水水平方形銅表面基本不變Vassallo等SiO2-水NiCr絲表面基本不變Park等Al2O3-水不銹鋼金屬球體表面惡化Lotfi等Ag-水銀球體表面惡化納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第21頁4.納米流體強化換熱納米流體流動沸騰相關(guān)研究作者年份納米流體傳熱面效果Milanova等SiO2-水NiCr絲表面強化Kim等TiO2-水NiCr絲表面強化Coursey等Al2O3-水Al2O3-乙醇水平圓形銅表面氧化后圓形銅表面強化Kim等Al2O3-水TiO2-水SiO2-水水平不銹鋼絲水平不銹鋼矩形表面強化Jeong等Al2O3-水不銹鋼絲強化劉振華等-CuO-水碳納米管-水水平方形銅表面強化劉振華等CuO，SiO2-水，-乙醇圓形銅表面惡化TruongAl2O3-水水平不銹鋼絲強化Kathirava等Cu-水水平不銹鋼表面強化Kwark等Al2O3-水水平方形銅表面強化Kim等Al2O3-水TiO2-水水平圓形銅表面強化納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第22頁納米流體流動沸騰相關(guān)研究作者年份納米流體傳熱面效果丁國良等-CuO-R11水平方形銅表水平銅管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)強化畢勝山等TiO2-HFC13水平方不銹鋼管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)強化Kim等Al2O3-水ZnO-水diamond-水水平方不銹鋼管內(nèi)CHF強化，沸騰換熱系數(shù)改變不大Henderson等SiO2-R134a水平銅管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)惡化CHF強化Ahn等Al2O3-水水平矩形通道（材料：強力丙烯）CHF強化You等Al2O3-水水平方形銅表面基本不變Kim等Al2O3-水水平不銹鋼圓表面基本不變Jr等Al2O3-水ZnO-水水平方形銅表面基本不變納米流體及表面活性劑對沸騰換熱的影響第23頁納米流體及其強化傳熱性能研究進展作者年份模型/原理結(jié)果宣益民等依據(jù)布朗運動理論模擬納米粒子在流體中聚集過程,利用LatticeBoltzmann模型與Cu-水體系納米流體試驗結(jié)果較一致王補宣等利用分形理論描述了納米粒子團簇結(jié)構(gòu)及其隨機分布,推導出納米流體導熱系數(shù)表示式預測CuO-水體系導熱系數(shù),理論值與其試驗結(jié)果較為一致Xue等利用Maxwell理論和平均極化理論,考慮固體顆粒與基體液相界面作用推導出了納米流體導熱系數(shù)表示式理論值與Al2O3-水體系試驗值吻合Keblinski等定性研究了納米流體中導熱強化可能機制分析納米顆粒Brown運動、顆粒表面吸附薄液層等方面原因?qū){米流體導熱系數(shù)強化作用機理Jang等-在流體中主要是布朗