基于表面能特性分析的微通道沸腾传热及其动态响应特性研究

发布时间：2017-09-09 15:35

  本文关键词：基于表面能特性分析的微通道沸腾传热及其动态响应特性研究

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【摘要】：纳米制冷剂作为传热学领域中一种新兴的高效换热工质,其在流动沸腾传热中的应用研究正逐步引起传热学研究人员的重视。在流体强化传热研究领域内,纳米制冷剂发展潜力巨大。为探索纳米制冷剂流体在微通道内的流动沸腾换热特性,本文搭建了微通道传热实验平台。结合换热面表面能特性分析的基础上,在1mm?2mm矩形微通道内进行了Al2O3-R141b纳米制冷剂的流动沸腾稳态换热特性及系统的阶跃信号动态响应特性实验研究。通过测量微槽道壁面接触角,分析对比了不同浓度的纳米制冷剂工质流动沸腾实验前后换热面表面能特性的变化规律,得到了纳米制冷剂在实验过程中的沉积情况。实验结果表明:由于少量的纳米颗粒在槽道壁面上沉积,形成了大量的活化核心,引起沸腾起始点(ONB)提前,从而强化了传热效果;另一方面,采用0.2%、0.5%、0.8%三种浓度的纳米制冷剂实验后,槽道表面能比原始表面分别增长了1.39倍、1.89倍、2.14倍,这说明实验过程中随着纳米制冷剂浓度的升高,颗粒的沉积量逐渐增加,引起微槽道壁面的换热热阻增加,反而削弱了纳米制冷剂的强化传热作用,使得0.2%、0.5%、0.8%三种浓度的纳米制冷剂强化传热影响因子依次减小。通过开展不同输入量阶跃信号下的系统动态响应实验,分析了工质流量、冷凝水流量、加热电压三种变量阶跃扰动时系统的动态传热特性,分别建立了各阶跃信号下系统出口温度的动态响应数学模型。结果表明:工质流量、冷凝水流量、加热电压三种阶跃信号下系统的平衡稳定性依次降低,说明两种流量阶跃信号下的系统运行稳定性较好。从动态过渡过程来看,冷凝水阶跃信号下系统响应时间较短,响应的灵敏性较好。冷凝水、加热电压、工质流量三种阶跃信号下,出口温度响应的滞后性依次减小,说明阶跃信号在系统中的作用部位及影响效果是响应滞后性的关键因素。
【关键词】：微通道 表面能 强化传热 动态响应
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题的研究背景与意义11-12
• 1.2 纳米流体强化传热研究进展及成果12-16
• 1.2.1 基于传统基液的纳米流体强化传热研究12-14
• 1.2.2 纳米制冷剂工质流动沸腾传热研究14-16
• 1.3 传热壁面表面能特性及其研究进展16-19
• 1.3.1 表面能的含义16-17
• 1.3.2 换热面表面能的影响因素17-18
• 1.3.3 换热壁面表面能特性的研究成果18-19
• 1.4 换热设备的动态响应特性研究进展19-20
• 1.5 现有研究工作的不足之处20-21
• 1.6 本文主要研究内容21-22
• 1.7 本章小结22-23
• 第二章 纳米制冷剂微通道内流动沸腾换热实验23-37
• 2.1 实验系统方案设计23-25
• 2.1.1 实验系统管路设计23
• 2.1.2 实验段设计23-24
• 2.1.3 实验数据采集方案24-25
• 2.2 实验系统平台25-27
• 2.3 微槽道实验段27-29
• 2.4 主要实验设备29-31
• 2.4.1 不锈钢磁力泵29
• 2.4.2 涡轮流量计29-30
• 2.4.3 数据采集设备30-31
• 2.5 实验工质及其制备31-34
• 2.5.1 实验工质的选择31
• 2.5.2 纳米制冷剂的制备31-33
• 2.5.3 纳米制冷剂物性参数计算33-34
• 2.6 实验过程34-36
• 2.6.1 实验前准备34-35
• 2.6.2 实验步骤35-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 纳米制冷剂微通道流动沸腾强化传热特性研究37-61
• 3.1 实验段传热单元37-39
• 3.2 数据处理39-46
• 3.2.1 热流密度q39-41
• 3.2.2 沸腾段长度L_(sat)41-42
• 3.2.3 干度x42-43
• 3.2.4 传热系数h_(tp)43-44
• 3.2.5 液相雷诺数Re44
• 3.2.6 Matlab数据处理程序44-46
• 3.3 微通道内纳米制冷剂传热实验结果分析46-55
• 3.3.1 微通道内纳米制冷剂流体的沸腾曲线46-47
• 3.3.2 微通道内流动沸腾的分布47-49
• 3.3.3 入口过冷度对微通道流动沸腾的影响49-51
• 3.3.4 纳米制冷剂的流动沸腾传热的影响因子分析51-54
• 3.3.5 传热模型的对比及修正54-55
• 3.4 实验误差分析55-59
• 3.4.1 热平衡实验56-58
• 3.4.2 测量误差58-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 微通道换热面的表面能特性分析61-71
• 4.1 换热面表面能的表征方法61-64
• 4.1.1 表面能计算原理61-62
• 4.1.2 表面接触角的测量实验62-64
• 4.2 微通道换热面的表面能特性分析64-69
• 4.2.1 微通道换热面的表面接触角64-67
• 4.2.2 微槽道换热面的表面能67-68
• 4.2.3 表面能变化对换热性能的影响分析68-69
• 4.3 本章小结69-71
• 第五章 微通道换热的动态响应特性研究71-91
• 5.1 系统的动态过渡过程及其动态特性71-73
• 5.1.1 系统的动态过渡过程71-72
• 5.1.2 动态响应过程数学模型的建立及求解72-73
• 5.2 实验系统传热过程的动态响应特性实验研究73-86
• 5.2.1 冷凝水阶跃信号下的系统动态响应74-78
• 5.2.2 加热板电压阶跃信号下的系统动态响应78-82
• 5.2.3 工质流量阶跃信号下的系统动态响应82-86
• 5.3 实验系统动态响应性能分析86-90
• 5.3.1 比例度分析86-87
• 5.3.2 时间常数分析87-88
• 5.3.3 滞后性分析88-89
• 5.3.4 正逆阶跃特性对比89-90
• 5.4 本章小结90-91
• 总结与展望91-94
• 本文研究结论91-92
• 本文研究特色与创新点92
• 建议和展望92-94
• 参考文献94-101
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果101-102
• 致谢102-103
• 附件103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 吴晓敏;李鹏;李辉;王维城;;添加有TiO_2纳米颗粒的R11池沸腾换热研究[J];工程热物理学报;2008年01期

2 刘永明;施建宇;鹿芹芹;郭云珠;陈瑞卿;尹大川;;基于杨氏方程的固体表面能计算研究进展[J];材料导报;2013年11期

3 彭浩;丁国良;姜未汀;胡海涛;高屹峰;;纳米制冷剂管内流动沸腾换热特性[J];化工学报;2008年S2期

4 毕胜山;史琳;;纳米制冷剂TiO_2/HFC134a水平管内流动沸腾换热实验研究[J];化工学报;2008年S2期

5 孙斌;钱铮;;CuO/R141b纳米制冷剂在管内的流动沸腾传热特性[J];化工学报;2012年03期

6 毕胜山;史琳;王磊;;纳米TiO_2颗粒在制冷工质中的分散[J];过程工程学报;2007年03期

7 高明;孙奉仲;王妮妮;史月涛;王乃华;;换热表面的表面能对换热性能影响的理论分析[J];能源工程;2006年02期

8 王晓东,彭晓峰,陆建峰,刘涛,王补宣;粗糙表面接触角滞后现象分析[J];热科学与技术;2003年03期

9 吴峰;王秋旺;陈秋炀;唐凌虹;李丹琳;孙微;;连续螺旋折流板换热器动态特性研究[J];热科学与技术;2006年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 任晓光;在池沸腾和流动沸腾装置中处理表面上硫酸钙结垢过程研究[D];大连理工大学;1999年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王红;经过表面处理的蒸发器传热及防除垢研究[D];天津大学;2006年

2 孙浩;低表面能换热面传热特性和污垢特性的研究[D];东北电力大学;2010年

3 李瑞卿;激光表面处理对降低材料表面能及强化凝结传热的研究[D];南华大学;2012年

4 叶朝曦;Ni-P化学镀改性换热表面阻垢特性试验研究[D];华东理工大学;2014年

，

本文编号：821275