多壁碳納米管懸浮液沸騰換熱性能研究.pdf

1、納米流體的沸騰換熱效果及原因分析存在很大爭議，或?qū)⒑藨B(tài)沸騰惡化歸結(jié)為沸騰表面粗糙度的變化，不然則將其并臨界熱流密度的強(qiáng)化歸結(jié)為導(dǎo)熱系數(shù)及液體對沸騰表面浸潤能力的提高，作者則認(rèn)為影響納米流體沸騰換熱效果的主要因素為其基本熱物理性質(zhì)及納米顆粒在沸騰表面沉積和結(jié)垢，沸騰換熱的效果隨過程的延長及垢層微結(jié)構(gòu)的變化而變化；先前，納米流體的沸騰換熱的研究主要集中于核態(tài)化沸騰區(qū)域，過臨界沸騰區(qū)域的研究尚未開展。據(jù)此實際，本文開展相關(guān)工作。 用瞬

2、態(tài)熱線法和哈克粘度計測定通過分散劑穩(wěn)定的多壁碳納米管水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)和粘度，對比分析預(yù)混酸處理多壁碳納米管和通過添加分散劑兩種方法制備的懸浮體系的穩(wěn)定性及穩(wěn)定機(jī)理，同時探討納米顆粒強(qiáng)化導(dǎo)熱系數(shù)及納米顆粒改變工質(zhì)粘度的機(jī)理。多壁碳納米管的添加沒有根本性強(qiáng)化工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，工質(zhì)的粘度也沒有數(shù)量級的增加。納米顆粒的添加而引起的對流、顆粒的聚集結(jié)構(gòu)及懸浮體系的化學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用影響工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，納米顆粒的聚集結(jié)構(gòu)是懸浮體系呈現(xiàn)非牛頓流體特

3、征的根本原因。 通過在直徑為12 mm的沸騰表面進(jìn)行的多壁碳納米管阿拉伯樹膠水溶液的大容積沸騰實驗研究納米流體的沸騰換熱特性，澄清莫衷一是的文獻(xiàn)結(jié)果。納米流體的沸騰換熱效果弱于阿拉伯樹膠水溶液，燒毀點(diǎn)的過熱度增加而臨界熱流密度減小，同時，阿拉伯樹膠水溶液的換熱效果劣于水的換熱效果。納米顆粒在沸騰加熱表面富集、結(jié)垢引起沸騰表面附近液體密度、沸騰表面上活化核心數(shù)目的改變；隨沸騰時間的延長，垢層結(jié)構(gòu)，包括毛細(xì)孔直徑、空隙率、垢層厚度，

4、不斷發(fā)生變化，進(jìn)而引起蒸汽在毛細(xì)孔中的流動阻力不斷增加、加熱表面和垢層間熱阻增加，沸騰表面的活化核心數(shù)目減??；拉伯樹膠在蒸發(fā)表面附近的局部富集、液體粘度大大增加，最終導(dǎo)致沸阿拉伯樹膠水溶液騰換熱惡化。 用鍍鎳銅球作為瞬態(tài)量熱器，通過銅球淬火得到淬火曲線，計算出納米流體及其作為對比液的水及阿拉伯樹膠水溶液的特征沸騰曲線，以了解納米流體的沸騰換熱特性，特別是在燒毀點(diǎn)及以后的沸騰換熱特性。對比于水，阿拉伯樹膠水溶液的臨界熱流密度、過渡

5、態(tài)沸騰及Leidenfrost點(diǎn)換熱性能得到強(qiáng)化；納米流體的臨界熱流密度高于阿拉伯樹膠水溶液的臨界熱流密度。阿拉伯樹膠水溶液對鍍鎳銅板表面的浸潤能力得到提高；鍍鎳銅球表面在每次實驗后都有少量納米顆粒沉積。分散劑的存在改善了液體的浸潤特性，改變了汽泡在沸騰換熱表面的成長機(jī)制，使液體在燒毀點(diǎn)及Leidenfrost點(diǎn)之間的沸騰換熱性能得到強(qiáng)化；納米顆粒在沸騰表面的沉積也通過改變汽泡成長機(jī)制強(qiáng)化液體的臨界熱流密度。為研究納米流體的沸騰傳熱效果

6、，進(jìn)行了以碳納米管懸浮液充裝的重力熱管的沸騰特性實驗。以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的重力熱管的起沸溫度、溫度漂移及蒸發(fā)段管壁溫度比水工質(zhì)熱管的高，熱管的整體熱阻增大，換熱性能惡化。通過測定，水中添加碳納米管顆粒后懸浮液的表面張力增大，使得加熱壁面的活化成核點(diǎn)密度、數(shù)量、脫離頻率、氣泡體積及氣泡間聚合能力發(fā)生改變；氣一液界面處的溫度梯度和濃度梯度引發(fā)Marangoni流動；易蒸發(fā)組分水在界面處的蒸發(fā)產(chǎn)生質(zhì)擴(kuò)散效應(yīng)；同時，納米顆粒使液體對沸騰表面