纳米流体液滴蒸发过程及颗粒沉积图案的研究

发布时间：2017-08-04 20:03

  本文关键词：纳米流体液滴蒸发过程及颗粒沉积图案的研究

  更多相关文章： Al_2O_3-H_2O纳米流体 坐滴 蒸发模式 沉积图案

【摘要】：纳米流体液滴蒸发由于它在表面涂层、液体喷雾、表面图案结构等方面的广泛应用,目前得到广泛的关注,被视为一种潜力巨大的新型工质。液滴蒸发现象在自然界和人类活动中普遍存在,看似简单的蒸发过程实际包含了复杂的传热传质过程,纳米流体由于在导热性方面的优越性能使其在众多领域有应用,如高集成度微型化电子产品的超高冷却技术。然而伴随液滴蒸发又产生一系列诸如流动阻力增大、颗粒沉积阻塞等新的问题,因此弄清纳米流体液滴蒸发的机理及内部流动形式有重要的研究意义。本文主要研究了去离子水为基液的氧化铝纳米流体(Al_2O_3-H_2O)液滴蒸发行为。包括不同粒径种类(10nm,50nm,100nm)、不同质量浓度(0.05%,0.2%,1%)的纳米颗粒在不同材质底板上(铜片、铁片、玻璃片)并改变底板温度条件(30℃,40℃,50℃,60℃)下的蒸发现象。包括纯液滴及不同浓度的纳米流体液滴在蒸发过程中接触角和三相线随时间的变化曲线,跟踪拍摄了液滴在整个蒸发过程中的轮廓变化情况。同时与未添加纳米颗粒的纯基液即去离子水在相同条件下的蒸发行为作比较,得出纳米流体液滴的蒸发模式,以及纳米颗粒的加入对蒸发机制的影响。在纳米流体蒸发结束后,用显微镜对底板沉积图案加以观察和分析,得到三种主要的沉积图案形式,并计算了马兰格尼数,结合颗粒沉积图案的变化推测液滴内部的流动模式。实验的主要结论如下:一、纳米流体颗粒分布与其标示值不完全一致,而是在标示值的一定范围内有所波动,纳米流体颗粒的团聚会使部分粒径达到微米量级。三种底板的粗糙度都是纳米量级的。且底板粗糙度值由大到小依次为铁板、铜板和玻璃板。二、液滴蒸发的实验结果表明,底板的表面性质,如粗糙度,亲水性都会对影响液滴的蒸发模式。在粗糙度较大的铁板上,会出现较多次数的粘滑运动,而相对光滑的玻璃底板上,液滴更趋向于三相线固着模式的蒸发。纳米颗粒的加入会改变底板特性从而使蒸发模式有所变化,纳米颗粒的沉积使液滴固着现象更加明显。对于亲水性底板材料,平衡接触角大幅小于疏水底板值。随温度的升高,平衡接触角整体是呈下降的趋势,较高的温度使边缘处的液滴受到更大的毛细力,强化了液滴的铺展。三、液滴蒸干后沉积图案的影响因素包括底板温度、颗粒粒径、纳米流体浓度等参数。实验中大致观察到四种沉积图案,分别是咖啡圈型图案、同心圆型图案、均匀型图案和咖啡圈内嵌中心沉积型图案。根据实验结果计算马兰格尼数及其变化趋势可以较好的解释液滴沉积图案的模式及其内部流动形式的变化。
【关键词】：Al_2O_3-H_2O纳米流体 坐滴 蒸发模式 沉积图案
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 前言9-21
• 1.1 纳米流体液滴蒸发研究背景9-10
• 1.1.1 纳米流体研究背景9
• 1.1.2 液滴蒸发研究背景9-10
• 1.2 纳米流体的液滴蒸发理论及研究进展10-14
• 1.2.1 理论基础10-12
• 1.2.2 纳米液滴蒸发动力理论12-14
• 1.3 液滴内部流动及颗粒沉积图案的研究进展14-18
• 1.3.1 Marangoni效应15-16
• 1.3.2 液滴蒸发后颗粒沉积图案的研究16-18
• 1.4 固着液滴蒸发的应用18-20
• 1.5 主要研究内容20-21
• 第二章 实验仪器、操作与材料性质21-31
• 2.1 纳米流体的配制21
• 2.1.1 配制溶液实验操注意事项21
• 2.2 纳米流体颗粒分布检测21-26
• 2.2.1 实验仪器组成及测量原理21-23
• 2.2.2 实验操作及注意事项23-24
• 2.2.3 仪器精度检测24
• 2.2.4 实验用纳米流体颗粒分布测量24-26
• 2.3 底板材料的准备26-28
• 2.3.1 底板表面特性分析26-28
• 2.4 液滴蒸发过程的实验仪器及操作过程28-31
• 2.4.1 实验仪器与参数28-29
• 2.4.2 实验方法步骤29
• 2.4.3 实验操作注意事项29-31
• 第三章 液滴蒸发过程的实验研究31-63
• 3.1 去离子水纯基液在三种底板上的蒸发演变过程31-41
• 3.1.1 去离子水液滴在铁板的蒸发31-36
• 3.1.2 去离子水在铜板的蒸发过程分析36-38
• 3.1.3 去离子水在玻璃底板的蒸发过程分析38-41
• 3.2 含氧化铝纳米颗粒的纳米流体蒸发模式结果及分析41-48
• 3.2.1 纳米流体在金属底板（铁板）上蒸发模式结果分析41-45
• 3.2.2 纳米流体在玻璃底板上蒸发模式结果分析45-48
• 3.3 不同浓度纳米流体液滴蒸发模式的结果与讨论48-58
• 3.3.1 浓度为 0.2%的纳米流体液滴在铁片底板的蒸发过程分析48-51
• 3.3.2 浓度为 1%的纳米流体液滴在铁片底板的蒸发过程分析51-54
• 3.3.3 浓度为 0.2 %的纳米流体液滴在玻璃底板的蒸发过程分析54-56
• 3.3.4 浓度为 1%纳米流体液滴在玻璃底板的蒸发过程分析56-58
• 3.4 液滴平衡接触角的结果与分析58-63
• 第四章 纳米流体液滴蒸干后沉积图案的研究63-73
• 4.1 实验仪器63
• 4.2 实验结果及分析63-70
• 4.2.1 粒径为 10nm的纳米流体蒸发颗粒沉积结果及分析64-66
• 4.2.2 粒径为 50nm的纳米流体蒸发颗粒沉积结果及分析66-68
• 4.2.3 粒径为 100nm的纳米流体蒸发颗粒沉积结果及分析68-70
• 4.3 影响蒸干图案的参数分析和Maragoni数计算70-73
• 第五章 总结与展望73-76
• 5.1 总结73-75
• 5.2 展望与建议75-76
• 参考文献76-81
• 发表论文及参加科研情况说明81-82
• 致谢82-83

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本文编号：621417