纳米制冷剂池沸腾换热特性的研究

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 提高制冷剂传热性能对于制冷空调装置节能的意义
• 1.1.2 纳米流体的强化传热特性
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.3 目前研究工作的不足
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 纳米制冷剂核态池沸腾实验装置与实验方法
• 2.1 实验装置
• 2.2 纳米制冷剂的制备
• 2.3 实验方法
• 2.4 测试工况
• 2.5 数据导出和误差分析
• 2.6 数据的可重复性测试
• 第三章 零维纳米颗粒含油纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性
• 3.1 CU纳米颗粒的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性
• 3.1.1 核态池沸腾换热实验结果
• 3.1.2 机理分析
• 3.1.3 零维纳米颗粒的粒径对核态池沸腾换热的影响
• 3.1.4 纳米油的浓度对核态池沸腾换热的影响
• 3.1.5 纳米油中纳米颗粒的浓度对核态池沸腾换热的影响
• 3.2 金刚石纳米颗粒的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性
• 3.3 零维纳米颗粒含油纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式
• 第四章 一维纳米颗粒含油纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性
• 4.1 实验结果与分析
• 4.1.1 核态池沸腾换热实验结果
• 4.1.2 机理分析
• 4.1.3 碳纳米管的几何结构对核态池沸腾换热的影响
• 4.1.4 纳米油的浓度对核态池沸腾换热的影响
• 4.1.5 纳米油中碳纳米管的浓度对核态池沸腾换热的影响
• 4.1.6 碳纳米管与零维纳米颗粒强化核态池沸腾换热效果比较
• 4.2 基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式
• 第五章 表面活性剂-纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性
• 5.1 无油表面活性剂-纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性
• 5.1.1 实验结果与分析
• 5.1.2 表面活性剂作用下纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式
• 5.2 含油表面活性剂-纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性
• 5.2.1 实验结果与分析
• 5.2.2 表面活性剂作用下含油纳米制冷剂核态池沸腾换热计算关联式
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的工作总结和结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文与专利