声悬浮条件下氧化石墨烯纳米流体成核条件及液滴形变对过冷度的影响研究

发布时间：2019-01-05 09:58

【摘要】：为了减小冰蓄冷系统中蓄冷材料的过冷度,减少机组能耗,本文引入了超声波悬浮技术,在利用超声波降低蓄冷材料过冷度的同时,还避免了蓄冷材料与容器壁接触而产生的不利因素对过冷度的干扰。另一方面,在对蓄冷材料的改进上采用了用纳米流体取代传统水的方法,利用纳米流体的快速成核特性进一步降低了蓄冷材料的过冷度,但纳米流体对过冷度的抑制作用存在一定的条件,因此本文对纳米流体的成核条件进行了研究。此外,为了找到令蓄冷材料过冷度最小的结晶形态,本文对单个液滴的结晶形态进行了研究。主要的研究内容及成果如下:①理论分析了声悬浮条件下氧化石墨烯纳米流体的成核条件,建立了微观上纳米粒子的三角形模型,得出了纳米粒子作为异质成核的成核点促进成核的条件为粒径D大于20nm。②从导致液滴形变的因素---声压幅值和液滴旋转两个方面理论分析了液滴形变和过冷度的关系。通过计算得出较圆液滴的声压阈值比较扁液滴的声压阈值大,说明同样状态下的空化气泡在较圆液滴中的生长更为困难,从而空化气泡生长后分解成更多小气泡的可能性更小,液滴中异质成核的成核点也就更少,所以较圆液滴的过冷度较大。同时较圆液滴的旋转角速度较小,液滴内外动能差所提供的成核所需的能量较小,成核更为困难,因此较圆液滴的过冷度较大。此外还分别计算了较圆液滴和较扁液滴冰晶与氧化石墨烯纳米粒子的接触角,由此推导出了两种液滴临界成核功和过冷度的关系曲线,得出了两种液滴的过冷度都随着临界成核功的增大而减小,在同样的临界成核功下,较圆液滴的过冷度较大。③采用两步法制备了氧化石墨烯纳米流体,并自主研发包括制冷系统和声悬浮系统在内的设备系统,为实验研究和验证声悬浮条件下纳米流体的成核条件和液滴形变对过冷度的影响奠定了基础。④通过实验测量了声悬浮条件下不同浓度的氧化石墨烯纳米流体的过冷度,发现在低浓度范围内纳米流体的过冷度随着浓度的增大先减小再增大,当浓度为40mg/100ml时过冷度最小,过冷度的抑制效果最明显。同时还测量了不同冷却温度下纳米流体的过冷度,发现随着冷却温度的降低,纳米流体的过冷度逐步增大,当冷却温度为-10℃时纳米流体的过冷度最小。因此对冷却温度为-10℃时去离子水和40mg/100ml纳米流体的过冷度进行了对比,去离子水的平均过冷度为5.7℃,纳米流体的平均过冷度为1.9℃,说明纳米粒子对过冷度起到了抑制的作用。此外,从纳米流体的粒径分布和纳米粒子的微观结构两个方面对纳米流体的粒径进行了测量,结果显示纳米流体的粒径绝大多数都在20nm以上,从而验证了粒径在20nm以上的纳米粒子对去离子水的成核有促进作用这个结论。⑤通过实验研究了不同液滴形状下氧化石墨烯纳米流体过冷度的分布,实验结果表明,液滴横纵轴之比越小,液滴越圆,所对应的过冷度越大,从而验证了液滴形态越圆过冷度越大的结论。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O613.71

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本文编号：2401608