添加TiO2的HFC245fa纳米制冷剂池沸腾换热研究

论文摘要

本文实验研究了环保制冷剂HFC245fa以及添加有TiO2纳米颗粒的HFC245fa在外径为22.4mm水平加热管外的池沸腾换热状况。并与R11及TiO2/R11的沸腾换热性能进行了对比。实验测量了HFC245fa在纯铜表面的接触角，并结合有效导热系数模型及表面活化穴密度分布模型等对纳米制冷剂池沸腾换热进行了分析，最后探讨了Rohsenow模型对纳米制冷剂池沸腾换热的适用性。实验的结果表明，添加纳米颗粒对于加热管上表面和下表面沸腾换热的影响最大。对于下表面，纳米颗粒的添加基本使得传热强化；而对于上表面，除0.02g/L浓度之外，其他浓度的纳米制冷剂基本弱化沸腾换热。从加热管表面平均沸腾换热效果来看，在实验浓度0.005g/L、0.01g/L、0.02g/L以及0.05g/L中，0.02g/L浓度的纳米制冷剂强化沸腾换热的效果最好，例如在热流密度为25kW/m2时，饱和温度分别为25℃和30℃时，纳米制冷剂沸腾换热系数分别比纯制冷剂的高约9.6%和16.8%。与R11及TiO2/R11相比，在较低饱和压力（ps=0.15MPa）下，HFC245fa及TiO2/HFC245fa的沸腾换热性能较强或与前者相当；而在较高饱和压力（ps=0.17MPa）下，随着浓度的增加，HFC245fa及TiO2/HFC245fa的沸腾换热由相对较弱变为相对较强。对于R11纳米制冷剂，浓度为0.01g/L时，强化沸腾换热效果最好。纳米颗粒的加入可以提高纳米制冷剂的有效导热系数，且随纳米制冷剂的浓度及液体温度的升高而增加。添加纳米颗粒还可以使纳米制冷剂沸腾时的活化穴密度增大，活化穴增加，从而强化沸腾换热。Rohsenow模型对纳米制冷剂池沸腾换热的适用性良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国际国内研究状况和进展
• 1.2.1 替代制冷剂的研究进展与选择
• 1.2.2 纳米流体的研究进展
• 1.2.3 气泡成长模型
• 1.3 课题组前期工作
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 纳米制冷剂的制备及稳定性实验
• 2.1 实验装置
• 2.2 分散性实验及添加纳米颗粒种类的确定
• 2.3 纳米制冷剂的制备
• 2.4 本章小结
• 第3章 纳米制冷剂水平管外池沸腾实验的实验方法
• 3.1 池沸腾实验装置
• 3.2 参数测量
• 3.2.1 加热功率的测量
• 3.2.2 液体温度的测量
• 3.2.3 加热管表面温度的测量
• 3.2.4 沸腾换热系数的确定
• 3.3 数据采集
• 3.4 冷态测试
• 3.5 实验系统的操作
• 3.5.1 实验系统密闭性检验
• 3.5.2 操作步骤
• 3.6 误差分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 纳米制冷剂水平管外池沸腾实验及结果分析
• 4.1 沸腾换热实验结果分析
• 4.1.1 第一阶段实验结果与分析
• 4.1.2 第二阶段实验结果与分析
• 4.1.3 两次实验的对比
• 2/R11 纳米制冷剂池沸腾换热实验的对比'>4.1.4 与 TiO₂/R11 纳米制冷剂池沸腾换热实验的对比
• 4.2 本章小结
• 第5章 接触角测量与理论分析
• 5.1 HFC245fa 的表面张力及在纯铜表面接触角的测量
• 5.2 纳米制冷剂有效物性参数的计算
• 5.2.1 纳米制冷剂有效导热系数
• 5.2.2 纳米制冷剂其他有效物性参数
• 5.3 纳米制冷剂沸腾时气泡产生和成长的分析
• 5.3.1 表面活化穴密度分布
• 5.3.2 前期阶段气泡的成长
• 5.4 Rohsenow 模型的适用性
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果