珠状纳米流体蒸发过程形态变化的实验研究

发布时间：2017-10-06 20:26

  本文关键词：珠状纳米流体蒸发过程形态变化的实验研究

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【摘要】：纳米流体作为一种新的传热工质,拥有更大的导热系数和更好的传热性能,具有广阔的应用前景和价值;液滴冲击和喷淋冷却以液滴蒸发为基础,具有工质需求量小、散热均匀、散热能力强等优点,因此最新的传热工质和最优的传热方式相结合对冷却技术的应用和改进优化有着重要的实践性意义。本文采用实验的方法对珠状纳米流体液滴固着在不同亲疏水性加热板上的蒸发动态特性进行研究,分析影响液滴蒸发速率的因素。文中采用体积分数为5%,颗粒直径分别为5nm和20nm的TiO2水基纳米流体,运用视频接触角测量仪观测记录了两种粒径的纳米流体在亲水性玻璃板上蒸发特性,实验发现整个蒸发过程,两种液滴的动态特性主要集中在两个阶段,温度对两个阶段的蒸发模式有着直接的影响。5nm粒径的纳米流体液滴在整个温度范围内第一阶段处于黏着的锁定状态,在第二阶段处于滑移的解锁状态,随着温度的增加,第一阶段的锁定时长在整个液滴生命周期的比例增加,即温度越高,液滴在三相接触线处的锁定效果越明显。20nm粒径的纳米流体液滴在第一阶段接触角和接触直径随时间逐渐减小,在第二阶段接触直径继续减小接触角随蒸发的进行逐渐增大,加热板温度愈高接触角增大的幅度愈高。两种液滴在低温(40℃-60℃)情况下蒸发速率几乎相同,在中等温度(65℃-80℃)下第一阶段的蒸发速率相差无几,第二阶段5nm粒径的液滴蒸发速率高于20nm粒径液滴,在高温(85℃-105℃)情况下,前者速率明显领先于后者。在实验中考虑了加热板的亲疏水性,对20nm粒径的纳米流体在玻璃表面、聚四氟乙烯表面不锈钢表面进行实验,发现液滴在聚四氟乙烯表面的蒸发形态受温度的影响较小,整个过程保持着接触直径不变接触角随时间不断减小的锁定阶段,且锁定时长占整个蒸发周期的80%;不锈钢表面则表现出了不确定性和随机性。三种加热板上的蒸发速率在低温和中等温度范围内遵循玻璃表面最大,不锈钢次之,聚四氟乙烯表面最小的规律,而在高温范围内则为不锈钢表面最大,不锈钢表面次之,聚四氟乙烯表面最小的规律。在实验的基础上由液滴蒸发过程中的常接触角模型和常接触直径模型理论推导得出接触角和接触直径随时间的变化关系,最后观测了液滴蒸发完全后的沉积形态。
【关键词】：纳米流体 液滴 蒸发 接触角 接触半径
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 符号说明9-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究进展综述11-22
• 1.2.1 纳米流体的物性11-16
• 1.2.1.1 纳米流体的粘性研究11-13
• 1.2.1.2 纳米流体导热系数的研究13-16
• 1.2.2 液滴珠状蒸发换热的研究16-21
• 1.2.2.1 液滴的润湿特性16-18
• 1.2.2.2 液滴蒸发的模型介绍18-19
• 1.2.2.3 液滴蒸发后的沉积19-21
• 1.2.3 液滴蒸发的理论模型介绍21-22
• 1.3 本文主要研究内容22-24
• 第二章 不同粒径纳米流体液滴蒸发形态的实验研究24-38
• 2.1 实验仪器设备及实验前准备24-26
• 2.1.1 实验装置介绍24-25
• 2.1.2 技术参数25-26
• 2.2 实验材料26
• 2.3 实验步骤26
• 2.4 实验结果与分析26-36
• 2.4.1 粒径对纳米流体润湿性影响的讨论26-27
• 2.4.2 不同粒径的TiO2纳米流体对蒸发形态的影响27-36
• 2.4.2.1 低温情况下粒径对蒸发的影响28-31
• 2.4.2.2 中等温度下粒径对蒸发的影响31-33
• 2.4.2.3 高温情况下粒径对蒸发的影响33-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 不同基底纳米流体液滴蒸发形态的实验研究38-50
• 3.1 实验材料38
• 3.2 实验结果分析38-48
• 3.2.1 液滴在PTFE表面动态特性的研究38-44
• 3.2.2 液滴在不锈钢表面动态特性的研究44-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第四章 纳米流体液滴蒸发形态的理论研究50-62
• 4.1 液滴蒸发模型50-56
• 4.1.1 固着液滴理论模型50-52
• 4.1.2 常接触半径模型52-53
• 4.1.3 常接触角模型53-56
• 4.2 液滴气液界面温度的讨论56-59
• 4.3 本章小结59-62
• 第五章 纳米流体液滴蒸发后的沉积研究62-68
• 5.1 蒸发模式与沉积形态62-65
• 5.1.1 咖啡环效应与Marangoni对流62-64
• 5.1.2 纳米流体液滴的花瓣形沉积64-65
• 5.2 本章小结65-68
• 第六章 结论与展望68-72
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

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本文编号：984874