醇水混合冷却剂表面张力和接触角的测定
发布时间：2021-11-10 21:05
喷雾冷却具有散热能力强、冷却工质需求量小等优点,在解决电子器件散热方面具有广阔的应用前景。纯水中添加醇类可以有效提升喷雾冷却性能。为进一步探索醇类添加剂强化喷雾冷却性能的机理,本文开展醇水混合溶液表面张力和接触角的实验测定研究。分别在水中加入不同浓度的乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇和正辛醇等醇类,利用悬滴法探究醇类浓度对溶液的表面张力的影响规律;利用Young-Laplace坐滴法探究醇类浓度对接触角的影响规律。结果表明,水中添加醇类后表面张力降低,且其随醇类溶质浓度的增加而变小,且其下降速率均随浓度的增加越来越慢;添加低醇类添加剂均可降低溶液的接触角,而高醇类接触角随浓度变化没有明显的变化规律。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１悬滴法测量原理图及液滴形状??Ｆｉｇ．?１?ＰＤＭ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??
。用直径为０．５?ｍｍ的注射器从试管中吸取适量配??置好的溶液置于卡座上后，调整针头竖直，调整焦??距使成像清晰。然后将紫铜金属表面置于针管正下??方，被测液体从注射器中缓慢的、自动的从注射器??中被滴至紫铜表面，液体形状稳定后，测量直径，然??后利用Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ法计算出接触角。为减少测量??误差，移动金属片，使液滴落于金属片的９个不同??位置再进行接触角的测量，并重复实验１０次。对测??量得到的结果取平均值，作为被测液体与紫铜金属??面的接触角的最终结果。??图４为实验系统。其中，１为注射器，２为平行??光源，３为镜头，４为待测液滴，５为支座。??图４接触角测量系统图??Ｆｉｇ．?４?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｎｔａｃｔ?ａｎｇｌｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??图３?Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方法示意图??Ｆｉｇ．?３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ?ｍｅｔｈｏｄ??ｒ２?＋?（ｉ？?－?ｈｆ?＝?Ｒ２?（５）??Ｒ?＝??ｒ２?－ｆ?ｈ２??２ｈ??（６）??２添加剂对表面张力的影响??乙醇，正丙醇，正丁醇与水的混合溶液的表面张??力与质量分数的关系如图５所示。三种溶液表面张??力均随溶质浓度的增加而降低，且降低速率随浓度??增大而渐渐缓慢。其中，乙醇在质量分数Ｗ二０．９时，??表面张力最低达２４．９?ｍＮ／ｍ，下降幅度６５．４２％；正丙??醇表面张力在质量分数ｗ?＝?０．９时降至２３．３?ｍＮ／ｍ，??下降比例６７．６４％；正丁醇在质量分数ｕ；?＝?０．０７时，??表面张力为３０．８?ｍＮ／ｍ，降低幅度５７．２２％。在溶解??度范围内，当取
醇在〇＞?＝?０．０００５时??表面张力为４４．６?ｍＮ／ｍ，降低幅度３８．０６％。在溶解??度范围内，取相同浓度的不同溶液，表面张力从小??到大排序正庚醇，正辛醇，正己醇，止戊醇。??图５乙醇、正丙醇、正丁醇表面张力与质：１分数的关系??Ｆｉｇ．?５?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｑｕａｌｉｔｙ??ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｔｈａｎｏｌ，?ｎ－ｐｒｏｐａｎｏｌ?ａｎｄ?ｎ－ｂｕｔａｎｏｌ??Ｑｕａｌｉｔｙ?ｆｒａｃｔｉｏｎ??图６正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇表面张力与质童??分数的关系??Ｆｉｇ．?６?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｆｒａｃ？??ｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎ－ｐｅｎｔａｎｏｌ，?ｎ－ｈｅｘａｎｏｌ，?ｎ－ｈｅｐｔａｎｏｌ?ａｎｄ?ｎ－ｏｃｔａｎｏｌ??添加醇类可以降低混合溶液的表面张力，这是??由于醇类的加入改变了原本水分子间的分子排列结??构。纯水中分子间通过氢键连接，这样的排列使得水??的氢键形成了网状结构＝在水中添加醇类后，由于醇??类具有两亲结构，一端是表现亲水性的羟基，一段为??具有疏水性的烷基，因此当羟基与水分子之间形成??了氢键后，另一端的烷基便会打破原先水表面氢键??的分布，使得氢键的极性增加。为了保证氢键的数??目，也为了减小斥力，水的氢键网发生重排，水分子??有序的形成笼状排列一十二面体水笼，将烷基包裹??起来。这些多面体能发生缔合，构成一种球形点阵。??这就导致分子间不再是氢键网结构，而是形成一个??一个的水笼体，水笼体之间以范德华力相互作用。而??范德华的
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子元器件散热方法研究[J]. 李庆友,王文,周根明. 电子器件. 2005(04)
硕士论文
[1]喷雾冷却及其影响因素的实验与数值研究[D]. 王磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
本文编号：3487946
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１悬滴法测量原理图及液滴形状??Ｆｉｇ．?１?ＰＤＭ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??
。用直径为０．５?ｍｍ的注射器从试管中吸取适量配??置好的溶液置于卡座上后，调整针头竖直，调整焦??距使成像清晰。然后将紫铜金属表面置于针管正下??方，被测液体从注射器中缓慢的、自动的从注射器??中被滴至紫铜表面，液体形状稳定后，测量直径，然??后利用Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ法计算出接触角。为减少测量??误差，移动金属片，使液滴落于金属片的９个不同??位置再进行接触角的测量，并重复实验１０次。对测??量得到的结果取平均值，作为被测液体与紫铜金属??面的接触角的最终结果。??图４为实验系统。其中，１为注射器，２为平行??光源，３为镜头，４为待测液滴，５为支座。??图４接触角测量系统图??Ｆｉｇ．?４?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｎｔａｃｔ?ａｎｇｌｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??图３?Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方法示意图??Ｆｉｇ．?３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ?ｍｅｔｈｏｄ??ｒ２?＋?（ｉ？?－?ｈｆ?＝?Ｒ２?（５）??Ｒ?＝??ｒ２?－ｆ?ｈ２??２ｈ??（６）??２添加剂对表面张力的影响??乙醇，正丙醇，正丁醇与水的混合溶液的表面张??力与质量分数的关系如图５所示。三种溶液表面张??力均随溶质浓度的增加而降低，且降低速率随浓度??增大而渐渐缓慢。其中，乙醇在质量分数Ｗ二０．９时，??表面张力最低达２４．９?ｍＮ／ｍ，下降幅度６５．４２％；正丙??醇表面张力在质量分数ｗ?＝?０．９时降至２３．３?ｍＮ／ｍ，??下降比例６７．６４％；正丁醇在质量分数ｕ；?＝?０．０７时，??表面张力为３０．８?ｍＮ／ｍ，降低幅度５７．２２％。在溶解??度范围内，当取
醇在〇＞?＝?０．０００５时??表面张力为４４．６?ｍＮ／ｍ，降低幅度３８．０６％。在溶解??度范围内，取相同浓度的不同溶液，表面张力从小??到大排序正庚醇，正辛醇，正己醇，止戊醇。??图５乙醇、正丙醇、正丁醇表面张力与质：１分数的关系??Ｆｉｇ．?５?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｑｕａｌｉｔｙ??ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｔｈａｎｏｌ，?ｎ－ｐｒｏｐａｎｏｌ?ａｎｄ?ｎ－ｂｕｔａｎｏｌ??Ｑｕａｌｉｔｙ?ｆｒａｃｔｉｏｎ??图６正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇表面张力与质童??分数的关系??Ｆｉｇ．?６?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｆｒａｃ？??ｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎ－ｐｅｎｔａｎｏｌ，?ｎ－ｈｅｘａｎｏｌ，?ｎ－ｈｅｐｔａｎｏｌ?ａｎｄ?ｎ－ｏｃｔａｎｏｌ??添加醇类可以降低混合溶液的表面张力，这是??由于醇类的加入改变了原本水分子间的分子排列结??构。纯水中分子间通过氢键连接，这样的排列使得水??的氢键形成了网状结构＝在水中添加醇类后，由于醇??类具有两亲结构，一端是表现亲水性的羟基，一段为??具有疏水性的烷基，因此当羟基与水分子之间形成??了氢键后，另一端的烷基便会打破原先水表面氢键??的分布，使得氢键的极性增加。为了保证氢键的数??目，也为了减小斥力，水的氢键网发生重排，水分子??有序的形成笼状排列一十二面体水笼，将烷基包裹??起来。这些多面体能发生缔合，构成一种球形点阵。??这就导致分子间不再是氢键网结构，而是形成一个??一个的水笼体，水笼体之间以范德华力相互作用。而??范德华的
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子元器件散热方法研究[J]. 李庆友,王文,周根明. 电子器件. 2005(04)
硕士论文
[1]喷雾冷却及其影响因素的实验与数值研究[D]. 王磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
本文编号：3487946
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