纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响

纳米流体及表面活性剂对沸腾换热影响汇报人：指导教师：时间：/07/05纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第1页Contents沸腾换热简明1惯用强化交换热方法2添加表面活性剂强化换热3使用纳米流体强化换热4纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第2页1.沸腾换热简明应用范围

电子元器件，电子设备等按工质流动特征沸腾能够分为大空间沸腾(池沸腾)和流动沸腾沸腾换热

是经过大量汽泡形成、成长和运动将工质由液态转换到气态一个猛烈蒸发过程沸腾换热纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第3页1.沸腾换热简明饱和沸腾曲线自然对流换热机理核态沸腾过分沸腾稳定膜态沸腾纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第4页1.沸腾换热简明强制对流沸腾池内沸腾饱和沸腾换热形式过冷沸腾池内沸腾强制对流沸腾纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第5页2.惯用强化换热方法对于核态沸腾，强化换热关键是增加汽化关键和提升气泡脱离频率。从影响沸腾换热原因可知，溶于液体中不凝结气体、液体过冷、液位高度、重力加速度和沸腾表面结构等对沸腾换热表面传热系数有一定影响。纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第6页2.惯用强化换热方法过冷度在大扰动(如事故瞬态)情况下,过冷沸腾对系统稳定性和动态行为影响显著。在小扰动情况下,过冷沸腾作用不显著,对系统稳定性和动态特征影响不大。在大扰动情况下,不一样过冷沸腾模型给出分析结果之间差异较大;在小扰动情况下这一差异可忽略。选择适当过冷沸腾模型对动态计算十分主要纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第7页2.惯用强化换热方法重力加速度重力加速度对核态沸腾换热无影响；重力加速度对液体自然对流有影响。沸腾换热在微重力下热流通量有所增加纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第8页2.惯用强化换热方法沸腾表面结构孔穴直径多孔层厚度δ孔隙率ε汽化中心密度、压力、多孔表面材料物性等原因纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第9页2.惯用强化换热方法微结构表面纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第10页2.惯用强化换热方法沸腾换热强化管表面结构示意纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第11页3.添加表面活性剂强化换热国内外许多课题组研究发觉活性剂溶液特征受到活性剂种类、溶液浓度、溶液温度和沸腾工况等原因影响；但因为复杂性,至今还没有完全了解其强化换热机理表面活性剂强化沸腾换热含有添加少许活性剂就有显著强化效果特点，其文件可追溯至1939年活性剂是一大类有机化合物，包含疏水基团和亲水基团两部分，添加使用时会形成胶束，溶液中开始形成胶束最低活性剂浓度称临界胶束浓度(CMC)表面活性剂纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第12页3.添加表面活性剂强化换热王晔春、彭晓峰等选取不一样类型表面活性剂SDS和TitonX-100，研究其对于乙醇一水混合工质强化沸腾换热规律，试验表明表面活性剂能够起到一定程度强化沸腾换热作用,能够有效地降低使用双组分混合工质引发换热性能下降Chen等测定了20℃、40℃和60℃温度下活性剂95%SDS

(小于CMC)和TritonX-100(大于CMC)溶液动力黏度,试验表明活性剂溶液黏度受到活性剂种类、溶液温度、溶液浓度和剪切速率影响纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第13页3.添加表面活性剂强化换热Zhang和Manglik等研究了活性剂溶液在沸腾表面润湿特征，发觉当活性剂溶液质量分数到达一定值后，溶液在沸腾表面接触角会有最低值且不再随质量分数增加而升高Manglik课题组系统研究了不一样活性剂溶液动态表面张力,其主要结论:对一定浓度活性剂溶液，溶液温度越高，动态表面张力越低；汽泡生成频率越高，动态表面张力越高；动态表面张力除与溶液温度和浓度相关，还与活性剂电离特征、分子量等亲密相关纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第14页3.添加表面活性剂强化换热纪献兵，徐进良以SDS十二烷基硫酸钠为表面活性剂,研究了在不一样过冷度下SDS浓度对池沸腾换热影响。试验结果表明在低SDS浓度下,沸腾换热在一定热流密度范围内得到显著强化。在不一样过冷度下,均存在对应最正确SDS浓度值液体过冷度对沸腾换热影响纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第15页3.添加表面活性剂强化换热小结&展望对在除乙醇外有机溶剂中添加表面活性剂情况研究比较少当前研究大多针对表面活性剂强化饱和沸腾,对过冷沸腾研究相对较少当前对添加表面活性剂强化沸腾散热机理研究不甚明朗，另外研究活性剂溶液在沸腾工况下物理特征能够建立在了解活性剂分子结构与其性能关系基础上纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第16页4.纳米流体强化换热液体中添加纳米粒子,能够显著增加液体导热系数,提升热交换系统传热性能把纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热新型换热介质提升热交换系统经济性、可靠性和小型化,含有辽阔应用前景和潜在巨大经济价值纳米流体流体特点应用前景纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第17页4.纳米流体强化换热纳米颗粒粒径小,有望在发展新型微型换热设备上利用纳米粒子可保持稳定悬浮不沉淀,有效地防止了其它粒子易产生磨损或堵塞现象；对悬浮液流动起到润滑作用粒子、壁面、液体间相互作用使得流动层流边界层被破坏,传热增加相同粒子体积含量下,纳米粒子表面积和热容量远大于毫米或微米级粒子分子间作用力增加小尺寸效应导热系数大微电信息领域应用纳米流体特点纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第18页4.纳米流体强化换热1995年,美国Argonne国家试验室Choi等提出了一个崭新概念--纳米流体,即以一定方式和百分比在液体中添加纳米级金属或非金属氧化物粒子,形成一类新传热冷却工质纳米流体导热系数影响：纳米粒子体积分数；纳米粒子本身导热系数；纳米粒子粒径大小；纳米粒子团聚程度；纳米粒子表面特征；纳米颗粒形状；基液影响；流体悬浮稳定性；纳米流体黏度；表面活性剂或分散剂影响；固液界面特征；纳米粒子布朗运动纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第19页4.纳米流体强化换热纳米流体对池内沸腾沸腾换热系数影响（1）作者年份纳米流体传热面效果李春辉等SiO2-水水平铂丝表面水平圆管D

20mm强化恶化施明恒等-Fe-水Al2O3-水水平圆形铜表面有强化有恶化周定纬等-Cu-丙酮水平铜管表D20-d16mm有强化有恶化Wen等Al2O3-水水平不锈钢圆表面强化Tu等Al2O3-水水平钛膜表面强化Witharana等Au-水SiO2-水SiO2-乙二醇水平圆板表面强化恶化恶化Das等Al2O3-水水平不锈钢圆表面恶化Bang等Al2O3-水恶化Kim等Al2O3-水TiO2-水SiO2-水水平不锈钢丝水平不锈钢矩形表面恶化TruongAl2O3-水SiO2-水水平不锈钢丝强化薛怀生等碳纳米管-水铜棒端面直径12mm有强化有恶化纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第20页4.纳米流体强化换热纳米流体对池内沸腾沸腾换热系数影响（2）作者年份纳米流体传热面效果刘振华等-CuO-水碳纳米管-水水平方形铜表面强化Kathiravan等Cu-水水平方形不锈钢表面恶化Kwark等Al2O3-水水平方形铜表面基本不变或恶化Soltani等Al2O3-水竖直不锈钢柱状表面强化Suriyawong等TiO2-水水平圆形铜表面水平圆形铝表面有强化有恶化You等Al2O3-水水平方形铜表面基本不变Kim等Al2O3-水水平不锈钢圆表面基本不变Jr等Al2O3-水ZnO-水水平方形铜表面基本不变Vassallo等SiO2-水NiCr丝表面基本不变Park等Al2O3-水不锈钢金属球体表面恶化Lotfi等Ag-水银球体表面恶化纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第21页4.纳米流体强化换热纳米流体流动沸腾相关研究作者年份纳米流体传热面效果Milanova等SiO2-水NiCr丝表面强化Kim等TiO2-水NiCr丝表面强化Coursey等Al2O3-水Al2O3-乙醇水平圆形铜表面氧化后圆形铜表面强化Kim等Al2O3-水TiO2-水SiO2-水水平不锈钢丝水平不锈钢矩形表面强化Jeong等Al2O3-水不锈钢丝强化刘振华等-CuO-水碳纳米管-水水平方形铜表面强化刘振华等CuO，SiO2-水，-乙醇圆形铜表面恶化TruongAl2O3-水水平不锈钢丝强化Kathirava等Cu-水水平不锈钢表面强化Kwark等Al2O3-水水平方形铜表面强化Kim等Al2O3-水TiO2-水水平圆形铜表面强化纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第22页纳米流体流动沸腾相关研究作者年份纳米流体传热面效果丁国良等-CuO-R11水平方形铜表水平铜管内沸腾换热系数强化毕胜山等TiO2-HFC13水平方不锈钢管内沸腾换热系数强化Kim等Al2O3-水ZnO-水diamond-水水平方不锈钢管内CHF强化，沸腾换热系数改变不大Henderson等SiO2-R134a水平铜管内沸腾换热系数恶化CHF强化Ahn等Al2O3-水水平矩形通道（材料：强力丙烯）CHF强化You等Al2O3-水水平方形铜表面基本不变Kim等Al2O3-水水平不锈钢圆表面基本不变Jr等Al2O3-水ZnO-水水平方形铜表面基本不变纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响第23页纳米流体及其强化传热性能研究进展作者年份模型/原理结果宣益民等依据布朗运动理论模拟纳米粒子在流体中聚集过程,利用LatticeBoltzmann模型与Cu-水体系纳米流体试验结果较一致王补宣等利用分形理论描述了纳米粒子团簇结构及其随机分布,推导出纳米流体导热系数表示式预测CuO-水体系导热系数,理论值与其试验结果较为一致Xue等利用Maxwell理论和平均极化理论,考虑固体颗粒与基体液相界面作用推导出了纳米流体导热系数表示式理论值与Al2O3-水体系试验值吻合Keblinski等定性研究了纳米流体中导热强化可能机制分析纳米颗粒Brown运动、颗粒表面吸附薄液层等方面原因对纳米流体导热系数强化作用机理Jang等-在流体中主要是布朗