论文摘要
作为一种新型的制冷剂,纳米粉体与常规制冷剂组成的纳米制冷剂得到了越来越多的关注。已有的研究证明纳米制冷剂具有比常规制冷剂更好的导热性能;鉴于导热性能与相变传热性能的相关性,纳米制冷剂有望具备比常规制冷剂更高的沸腾传热性能。因此有必要对于纳米制冷剂池沸腾换热特性进行研究。本文采用实验和理论相结合的方法,对纳米制冷剂池沸腾换热特性进行研究。本文的主要研究工作和结论如下:(1)本文设计和搭建了纳米制冷剂池沸腾换热测试实验台,测试了基于球形纳米颗粒和碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性,测试了表面活性剂对纳米制冷剂和含油纳米制冷剂核态池沸腾的影响;(2)通过扫描电镜(SEM)分析了球形纳米颗粒和碳纳米管对加热表面特性的影响;提出了纳米尺度固相组分与非相变附加组分协同作用下相变流体核态池沸腾传热的定量预测方法,根据该方法建立了基于球形纳米颗粒和碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式;通过引入表面活性剂影响因子,建立了表面活性剂作用下纳米制冷剂和含油纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式。(3)对纳米制冷剂池沸腾换热特性的研究表明:纳米粉体强化了含油纳米制冷剂的核态池沸腾换热,导热系数高且直径小的球形纳米颗粒、直径小且长度大的碳纳米管强化效果较显著。核态池沸腾换热强化的主要原因是加热表面形成了纳米尺度的多孔质层,导致加热表面空穴密度和气化核心密度的增加;球形纳米颗粒的粒径和浓度、碳纳米管的几何结构和浓度等影响多孔质层的结构,进而影响对核态池沸腾换热的强化效果。除高表面活性剂浓度工况外,表面活性剂强化了纳米制冷剂或含油纳米制冷剂的核态池沸腾换热,强化效果随其浓度的增加先增大后减小,峰值对应的表面活性剂浓度随纳米油浓度的增加而增大;不同类型表面活性剂强化换热程度与其分子量大小顺序相反,且随纳米颗粒浓度、纳米油浓度、热流密度的减小而增大。建立的基于球形纳米颗粒和碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式适用于不同种类和粒径的球形纳米颗粒、不同几何结构的碳纳米管,且具有良好的预测精度。建立的表面活性剂作用下纳米制冷剂和含油纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式能够准确预测表面活性剂对核态池沸腾换热的影响。
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