纳米流体在亚音速横向气流中的喷雾特性研究
发布时间：2021-08-31 05:51
纳米流体由于在强化传热和改善燃烧方面的突出表现而受到广泛关注,被认为是一种有可能改变未来全球能源格局的二次能源载体。为了从雾化角度揭示纳米流体发挥优异性能的内在机制,本文综合实验与理论分析,研究了纳米流体在亚音速横向气流中的初级破碎机制以及宏微观喷雾特性,重点讨论了添加纳米颗粒的附加效应。课题在纳米流体制备方法优化与物性表征的基础上,以横向射流实验系统的设计和搭建为支撑,结合图像灰度标准差统计处理和快速傅里叶变换（FFT）建立了射流特征分析程序。首先,通过纳米流体圆柱射流在没有横向气流作用下的流动特性可视化实验研究,揭示了添加纳米颗粒对射流不稳定性的影响,绘制了附加效应分区模式图,并将其归因于粘性增强和空化促进两种机制。实验表明,纳米颗粒促进了喷嘴内外的流动空化现象,并且依据空化状态对射流不稳定性具有三种不同的附加效应:1)未发生内部空化时,纳米颗粒通过粘性增强表现为不稳定性降频效应;2)局部空化时,通过促进喷嘴内部空化表现为增频效应;3)达到超空化以后,纳米颗粒通过促进外部射流空化以及增加气动力等耦合作用,表现为不稳定增强效应。然后,基于高速阴影图像统计处理,对纳米流体横向射流的基本...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１纳米材料２０ｎｍ－Ｙ－Ａｌ２Ｏ３表征：⑻ＳＥＭ微观形貌；（ｂ）ＸＲＤ谱图??
性与超声振荡组合是目前最为有效的分散??方式之一。其中，表面改性包含两种方案，一是在颗粒制备过程中直接进行表面??包覆改性，比如增加亲水基团；二是添加表面活性剂，使得三种分子之间形成较??为稳定的结构。本课题选取的纳米材料均已通过包覆改性为亲水性界面，还需要??添加适量的表面活性剂。为便于对比分析不同纳米颗粒对喷雾特性的影响，这里??选取同一种常用的阴离子型表面活性剂ＳＤＢＳ。根据胶体的经典稳定理论——??ＤＯＬＶ理论，阴离子型表面活性剂的添加量对纳米颗粒分散稳定性影响极大（如??图２．２所示），因此需要通过实验确定一个合适的ＳＤＢＳ添加浓度。??ｎｔｃｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｎ?ｃｏｎｔｉｎｕｅ?ｔｏ?９?Ｐ?＾Ｃ°??ｎａｎＪ＾＇，ｃ?ａｄｄ?ｌｉｕｌｃ?ｉｏｎｉｃ?ａｄｄ?ｉｏｎｉｃ??＾?ａｄｓｏｒｂ?ｍｅｔａｌｌｉｃ?ｉｏｎ／Ｔ＋４＼?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?／＋＋＋Ｓ，?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?＋??Ｖ?Ｊ?ｓｕｓｐｅｎｄ?ｉｎ?ｗａｔｅｒ?Ｕ?ｃｈａｒｇｅｓ?ａｒｅ?：厂ｒｌｃｃｔｒｉｃａｌ?ｄｏｕｂｌｅ?Ａ??＾?ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ?ｌａｙｅｒ?ｉｓ?ｆｏｒｍｅｄ??Ｉ??／?ｗｃａｋｃｌｃｃｉｒｏｓｔａｌｉｃ?／?ｈｍＳｃ?ｏｆ?ｓｔｒｏｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ??／?ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ?／?ｙ?ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ?ｇｒｏｕｐｓ?＾ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ??ｕｎｓｔａｂｌｅ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ?ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｓｔａｂｌｅ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ??图２．２阴离子表面活性剂添加量对分散稳定性的影响示意图［１（）４］??－１５－??
?第２章纳米流体的制备与物性表征???同时，超声分散也包含两种方案，一是采用超声清洗器以容器包裹方式进行??分散，二是采用棒形超声振荡器以浸入方式进行分散。为获得最优的制备效果，??这里同时建立了两套超声分散装置（如图２．２所示）。其中，容器式为低功率高??频振荡（５０Ｗ／４０ｋＨｚ），浸入式为高功率低频率振荡（９６０Ｗ／２０ｋＨｚ），两套装置??均配置了机械搅拌和恒温控温模块。??—?ｒ畫?????⑻?（ｂ）??图２．３纳米流体制备装置示意图：（ａ）容器式超声装置；（ｂ）浸入式超声装置??纳米流体制备流程如图２．４所示：首先，根据设定浓度比例将纳米颗粒与纯??水混合，采用高速机械搅拌实现初级分散；然后，加入一定量的表面活性剂，采??用机械搅拌和超声清洗器进行组合分散，或者采用浸入式超声分散仪进行分散，??过程中均采用水浴方式控制一定温度；最后，测试流体的ＰＨ值，并根据需要进??行调节。??？絲？水、縣雕賴??？莴速机械搅拌混合（６〇〇ｒｐｍ／２０ｍｉｎ）?｜＾｜??？麵活性剂称量?ｋ?ｊ??？腿祕＆超声鋪（細彻Ｐ／??．Ｈ〇?７?腳１１?＾合适四值??Ｏ?？吸光皮测试（紫外分光光度计?１??？浊度分析（浊鏡〉??图２．４纳米流体制备流程图??－１６－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚声速横向气流中液体射流破碎过程的直接模拟[J]. 刘日超,乐嘉陵,杨顺华,郑忠华,宋文艳,黄渊. 推进技术. 2016(11)
[2]表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展[J]. 张亚楠,刘妮,由龙涛,柳秀婷. 化工进展. 2015(04)
[3]液体射流喷入横向气流混合特性研究进展[J]. 林宇震,李林,张弛,徐华胜. 航空学报. 2014(01)
本文编号：3374325
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１纳米材料２０ｎｍ－Ｙ－Ａｌ２Ｏ３表征：⑻ＳＥＭ微观形貌；（ｂ）ＸＲＤ谱图??
性与超声振荡组合是目前最为有效的分散??方式之一。其中，表面改性包含两种方案，一是在颗粒制备过程中直接进行表面??包覆改性，比如增加亲水基团；二是添加表面活性剂，使得三种分子之间形成较??为稳定的结构。本课题选取的纳米材料均已通过包覆改性为亲水性界面，还需要??添加适量的表面活性剂。为便于对比分析不同纳米颗粒对喷雾特性的影响，这里??选取同一种常用的阴离子型表面活性剂ＳＤＢＳ。根据胶体的经典稳定理论——??ＤＯＬＶ理论，阴离子型表面活性剂的添加量对纳米颗粒分散稳定性影响极大（如??图２．２所示），因此需要通过实验确定一个合适的ＳＤＢＳ添加浓度。??ｎｔｃｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｎ?ｃｏｎｔｉｎｕｅ?ｔｏ?９?Ｐ?＾Ｃ°??ｎａｎＪ＾＇，ｃ?ａｄｄ?ｌｉｕｌｃ?ｉｏｎｉｃ?ａｄｄ?ｉｏｎｉｃ??＾?ａｄｓｏｒｂ?ｍｅｔａｌｌｉｃ?ｉｏｎ／Ｔ＋４＼?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?／＋＋＋Ｓ，?ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?＋??Ｖ?Ｊ?ｓｕｓｐｅｎｄ?ｉｎ?ｗａｔｅｒ?Ｕ?ｃｈａｒｇｅｓ?ａｒｅ?：厂ｒｌｃｃｔｒｉｃａｌ?ｄｏｕｂｌｅ?Ａ??＾?ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ?ｌａｙｅｒ?ｉｓ?ｆｏｒｍｅｄ??Ｉ??／?ｗｃａｋｃｌｃｃｉｒｏｓｔａｌｉｃ?／?ｈｍＳｃ?ｏｆ?ｓｔｒｏｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ??／?ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ?／?ｙ?ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ?ｇｒｏｕｐｓ?＾ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ??ｕｎｓｔａｂｌｅ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ?ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｓｔａｂｌｅ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ??图２．２阴离子表面活性剂添加量对分散稳定性的影响示意图［１（）４］??－１５－??
?第２章纳米流体的制备与物性表征???同时，超声分散也包含两种方案，一是采用超声清洗器以容器包裹方式进行??分散，二是采用棒形超声振荡器以浸入方式进行分散。为获得最优的制备效果，??这里同时建立了两套超声分散装置（如图２．２所示）。其中，容器式为低功率高??频振荡（５０Ｗ／４０ｋＨｚ），浸入式为高功率低频率振荡（９６０Ｗ／２０ｋＨｚ），两套装置??均配置了机械搅拌和恒温控温模块。??—?ｒ畫?????⑻?（ｂ）??图２．３纳米流体制备装置示意图：（ａ）容器式超声装置；（ｂ）浸入式超声装置??纳米流体制备流程如图２．４所示：首先，根据设定浓度比例将纳米颗粒与纯??水混合，采用高速机械搅拌实现初级分散；然后，加入一定量的表面活性剂，采??用机械搅拌和超声清洗器进行组合分散，或者采用浸入式超声分散仪进行分散，??过程中均采用水浴方式控制一定温度；最后，测试流体的ＰＨ值，并根据需要进??行调节。??？絲？水、縣雕賴??？莴速机械搅拌混合（６〇〇ｒｐｍ／２０ｍｉｎ）?｜＾｜??？麵活性剂称量?ｋ?ｊ??？腿祕＆超声鋪（細彻Ｐ／??．Ｈ〇?７?腳１１?＾合适四值??Ｏ?？吸光皮测试（紫外分光光度计?１??？浊度分析（浊鏡〉??图２．４纳米流体制备流程图??－１６－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚声速横向气流中液体射流破碎过程的直接模拟[J]. 刘日超,乐嘉陵,杨顺华,郑忠华,宋文艳,黄渊. 推进技术. 2016(11)
[2]表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展[J]. 张亚楠,刘妮,由龙涛,柳秀婷. 化工进展. 2015(04)
[3]液体射流喷入横向气流混合特性研究进展[J]. 林宇震,李林,张弛,徐华胜. 航空学报. 2014(01)
本文编号：3374325
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