不同表面能微细通道流动沸腾压降研究及动态响应特性分析

发布时间：2017-09-09 05:10

  本文关键词：不同表面能微细通道流动沸腾压降研究及动态响应特性分析

  更多相关文章： 微通道 流动沸腾 表面能 两相摩擦压降 动态响应特性

【摘要】：随着微通道换热器在各领域的广泛应用,关于微通道的研究越来越多,其中压降特性是较为重要的研究内容。为了对微通道内的压降特性进行研究,本文分别以R141b纯制冷剂和不同质量分数的γ-Al2O3-R141b纳米制冷剂为实验工质,在微通道内进行了流动沸腾实验,探究了表面能和纳米制冷剂的质量分数对流动沸腾压降特性的影响,同时分析了非稳态过程压力的相关特性。采用氟硅烷和无水乙醇配制了不同浓度的表面能修饰液,并对实验微通道分组处理,得到了不同表面能的微通道试件,同时选出其中三组不同表面能的微通道进行实验,研究表面能的变化对压降的影响。研究发现,不同表面能的微通道试件,各压降所占比例均呈现类似的规律,摩擦压降是影响微通道内沸腾传热压降的主要原因,所占比例达到60%~75%;但是微通道的表面能不同,相同工况下的两相摩擦压降值存在差异,相比没有经过低表面能修饰的微通道试件,经过修饰的两组微通道试件,单位长度两相摩擦压降分别增大了5.1%和12.7%。以不同质量分数的γ-Al2O3-R141b纳米制冷剂作为实验工质,研究了质量分数从0.05%增大到0.4%时单位长度两相摩擦压降与纯制冷剂的区别,实验中增大纳米制冷剂的质量分数,摩擦压降也随之降低,质量分数较大的纳米制冷剂,纳米颗粒的团聚和沉降现象相对明显,团聚沉降的纳米颗粒附着在微通道表面,一定程度上增大了微通道的表面能,使得两相摩擦压降在一定程度上有所降低。当加热功率发生阶跃变化时,微通道进出口压力响应相对较快,而冷却水量发生阶跃变化时,进出口压力的响应较慢;不同阶跃信号作用时,压降也呈现出了不同的变化规律;采用状态空间法对实验系统进行了分析,得到了系统状态方程,而且系统具有能控性和能观性。
【关键词】：微通道 流动沸腾 表面能 两相摩擦压降 动态响应特性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 微通道内流动沸腾的国内外研究现状11-15
• 1.2.1 微通道内流动沸腾压降特性11-13
• 1.2.2 微通道内流动沸腾传热特性13-14
• 1.2.3 微通道内流动沸腾时流动特性的研究现状14-15
• 1.3 纳米流体在微通道中流动沸腾的研究现状15-16
• 1.4 表面能对微通道流动特性影响的研究现状16-20
• 1.4.1 表面能的研究现状16-18
• 1.4.2 低表面能表面的制备现状18
• 1.4.3 表面特性对微通道压降特性的影响18-20
• 1.5 课题来源及文章主要研究内容20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 微通道流动沸腾实验系统21-30
• 2.1 实验系统介绍21-27
• 2.1.1 实验平台的基本结构21-22
• 2.1.2 换热实验段22-23
• 2.1.3 实验设备23-27
• 2.2 实验准备工作27-28
• 2.3 实验具体操作步骤28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 不同表面能微通道流动沸腾的压降特性30-50
• 3.1 不同表面能微通道的制备30-36
• 3.1.1 表面能修饰液的配制30-31
• 3.1.2 微槽道表面的修饰31
• 3.1.3 表面能的计算31-36
• 3.2 两相摩擦压降分析方法36-39
• 3.2.1 均相模型36-37
• 3.2.2 分相模型37-39
• 3.3 实验数据处理39-43
• 3.3.1 雷诺数的计算39-40
• 3.3.2 两相段长度计算40-41
• 3.3.3 热流密度的计算41
• 3.3.4 干度的计算41
• 3.3.5 两相摩擦压降的计算41-43
• 3.4 实验数据分析结果43-48
• 3.4.1 不同表面能微通道压降组成情况43-45
• 3.4.2 表面能对两相摩擦压降的影响45-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 微通道内纳米制冷剂流动沸腾的压降特性50-65
• 4.1 纳米制冷剂的制备50-54
• 4.1.1 配制方法50-51
• 4.1.2 配制流程51-52
• 4.1.3 纳米制冷剂物性参数的计算52-54
• 4.2 不同质量分数纳米制冷剂对两相摩擦压降的影响54-56
• 4.3 纳米颗粒的附着分析56-57
• 4.3.1 微通道的扫描电镜分析56-57
• 4.3.2 实验后微通道的表面能测算57
• 4.4 两相摩擦压降模型的对比及修正57-61
• 4.4.1 已有的两相摩擦压降模型57-59
• 4.4.2 模型对比及修正59-61
• 4.5 实验误差分析61-64
• 4.5.1 热平衡分析61-62
• 4.5.2 误差分析62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 微通道内压力的动态响应特性65-82
• 5.1 系统动态响应的特性表征65-67
• 5.1.1 被控对象的三个特性参数65-66
• 5.1.2 动态特性参数测定方法介绍66-67
• 5.2 微通道压力动态响应特性实验67-72
• 5.2.1 加热功率阶跃68-69
• 5.2.2 工质流量阶跃69-70
• 5.2.3 冷却水量阶跃70-72
• 5.3 压力动态响应特性分析72-77
• 5.3.1 压力的动态响应模型72-74
• 5.3.2 压力的动态特性参数计算结果74
• 5.3.3 压力动态响应性能分析74-75
• 5.3.4 动态响应过程中压降的变化规律75-77
• 5.4 系统的状态空间分析77-81
• 5.4.1 状态空间分析法介绍77-78
• 5.4.2 状态空间表达式的建立78-79
• 5.4.3 系统的能观性和能控性79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 总结与展望82-84
• 本文研究结论82-83
• 本文研究特色与创新83
• 建议与展望83-84
• 参考文献84-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91-92
• 致谢92-93
• 附件93

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本文编号：818473