微胶囊相变悬浮液的物理稳定性及热力特性研究

发布时间：2017-06-17 14:12

  本文关键词：微胶囊相变悬浮液的物理稳定性及热力特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微胶囊相变悬浮液作为一种潜热功能流体在热交换系统以及热存储领域发挥着重要作用。为了深入理解作为功能流体的微胶囊相变悬浮液的热物性以及传热特性,本文展开了一系列研究。本文首先对微胶囊相变悬浮液的稳定性进行了理论和实验研究。结果表明,颗粒的当量直径,颗粒与基液的密度差,基液的动力黏度是影响悬浮液稳定性的重要因素。当量直径越小,密度差越小,基液的动力粘度越大,微胶囊相变悬浮液的稳定性越好。在稳定性理论分析基础上,通过匹配相变微胶囊颗粒与基液的密度,配制得稳定性要求符合后续实验需要的微胶囊相变悬浮液。结果表明:对于名义粒径为20μm的相变微胶囊颗粒,当以密度为0.9343g/m L的丙醇/水混合物为基液时,可以静置24小时不分层;对于名义粒径为5μm的相变微胶囊颗粒,当以密度为0.9288g/m L的丙醇/水混合物为基液时,可以静置24小时不分层。建立了高浓度的20μm和5μm的微胶囊相变悬浮液的粘度计算公式,在不同经验公式基础上,通过理论分析,系数修正,公式推导得出了分别适用于不同微胶囊相变悬浮液的粘度计算方法。结果表明:对于微胶囊颗粒粒径为20μm的悬浮液来说,当浓度高达50wt.%时,仍然为牛顿流体,修正de Kruif公式和Brinkman-Roscoe公式对计算20μm微胶囊相变悬浮液精度较高;而对于5μm的微胶囊相变悬浮液,当浓度达到40wt.%时,发生了剪切变稀,由牛顿流体转变成塑性流体,修正Brinkman-Roscoe公式对计算5μm微胶囊相变悬浮液具有较高的精度。高分子减阻剂和表面活性减阻剂对微胶囊相变悬浮液粘度的影响不同。结果表明:高分子减阻剂(聚丙烯酰胺,羧甲基纤维素钠和聚氧化乙烯)较表面活性减阻剂(CTAC/NaSal)减阻效果差。通过改变CTAC/NaSal的浓度及悬浮液在管段中的流动速度,可以发现当流体的质量流量为70.46Kg/h,CTAC/NaSal浓度为0.0015%时,降摩阻率可以达到3.85%。对流换热实验证明了微胶囊相变悬浮液较传统的载热介质(水)确实具有一定的优势。结果表明:微胶囊相变悬浮液和水流经同一实验管段时,当入口温度,质量流量相差甚微时,微胶囊相变悬浮液的外管壁温和流体温度维持在一定温度,水的外管壁温和流体温度随轴向流动持续升高,最终水的出口温度比微胶囊相变悬浮液高13.24℃,水的出口外管壁温比微胶囊相变悬浮液的外管壁温高28.92℃;且处于相变区的微胶囊相变悬浮液的对流传热系数和传热特征数都大于水的。
【关键词】：微胶囊相变悬浮液 粘度 减阻剂 传热特性
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;O648.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 概述9-11
• 1.2 相变储能流体11
• 1.3 微胶囊相变悬浮液11-14
• 1.4 本课题国内外研究现状14-15
• 1.5 本论文的主要研究内容15-16
• 第二章 微胶囊相变悬浮液的稳定性理论分析16-21
• 2.1 微胶囊相变悬浮液的稳定性实验16-17
• 2.2 稳定性影响因素的理论分析17-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 微胶囊相变悬浮液的制备方法及物性分析21-38
• 3.1 以丙醇/水混合液为基液的制备方法21-26
• 3.1.1 实验材料及装置21
• 3.1.2 制备方法21-26
• 3.2 微胶囊相变悬浮液的物性分析26-36
• 3.2.0 相变微胶囊粒径粒径大小与分布26-28
• 3.2.1 微胶囊相变悬浮液的密度28-29
• 3.2.2 微胶囊相变悬浮液的导热系数（仅测名义粒径为 20μm）29-31
• 3.2.3 微胶囊相变悬浮液的DSC测试与分析31-34
• 3.2.4 微胶囊相变悬浮液的热重分析34-35
• 3.2.5 微胶囊相变悬浮液的等效比热容35-36
• 3.3 本章小结36-38
• 第四章 悬浮液牛顿流体分界线的判定38-53
• 4.1 流体的流变特性概述及流变仪的校验38-39
• 4.2 牛顿向非牛顿流体过渡的浓度值实验研究39-40
• 4.3 相变温度对相变悬浮液流变特性的影响40-41
• 4.4 温度对微胶囊相变悬浮液粘度的影响及粘度公式推导41-52
• 4.4.1 20μm微胶囊相变悬浮液粘度公式的拟合43-47
• 4.4.2 5μm微胶囊相变悬浮液粘度公式的推导47-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 减阻剂对微胶囊相变悬浮液流变特性及减阻效果的研究53-63
• 5.1 减阻剂及减阻机理简介53-54
• 5.2 表面活性剂型减阻剂对微胶囊相变悬浮液流变特性的影响54-56
• 5.3 高分子型减阻剂对微胶囊相变悬浮液流变特性的影响56-59
• 5.3.1 聚丙烯酰胺（PAM）56-57
• 5.3.2 羧甲基纤维素钠（CMC-Na）57-58
• 5.3.3 聚氧化乙烯（PEO）58-59
• 5.4 CTAC/NaSal的减阻效果实验研究59-61
• 5.4.1 实验台简介与实验研究59-60
• 5.4.2 结果及讨论60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 第六章 微胶囊相变悬浮液对流换热的实验研究63-68
• 6.1 实验方法63-64
• 6.2 数据处理64-65
• 6.3 结果与讨论65-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第七章 结论68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读学位期间取得的研究成果75

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