全氟烷基型表面活性剂水溶液池沸腾换热研究
发布时间：2021-03-26 12:48
核态池沸腾换热在核电、空调制冷、工业制造及航空航天等领域应用广泛,强化核态池沸腾换热一直是工程传热传质研究的重要方向。表面活性剂可降低水溶液的表面张力,作为一种强化沸腾换热的创新手段,探讨新型表面活性剂具有重要意义。本文选择三种不同离子特性的全氟烷基类新型表面活性剂:全氟烷基季铵碘化物（Le-134）、全氟烷基磷酸酯（Le-107）、全氟烷基聚醚（Le-180）,探究其水溶液的池沸腾现象与换热规律。主要研究工作内容及结论如下:1.全氟烷基类新型表面活性剂水溶液界面性质研究（1）Le-134,Le-107,Le-180可分别将去离子水的表面张力降低至16m N/m,19m N/m,18m N/m。三种全氟烷基类新型表面活性剂水溶液的临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration,CMC）大小关系为Le-180（15ppm）<Le-134（40ppm）<Le-107（150ppm）。Le-134,Le-107和Le-180分子在汽-液界面处的饱和吸附量Гmax大小关系为Le-107<Le-134<Le-180。亲疏水基结构和反离子作用对三...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水平壁面上成核原理示意图[47]
第2章池沸腾换热理论基础10液体温度，K；Ts为饱和温度，K；h为普朗克常数。由于加热壁面上的凹坑内含有一部分不凝气体减小了液体汽化过程中所需的过热度。因此在加热过程中，这些凹坑就成为了汽化核心，汽泡首先从沸腾壁面上的凹坑中形成。从式（2-5）-（2-7）中可以分析得出，汽化核心的形成和活化与接触角、表面张力、润湿性等界面特性密切相关。2.1.2汽泡动力学汽泡动力学主要针对汽泡在汽化核心中汽化成核后，在沸腾表面上长大及脱离这一过程进行研究，对于研究沸腾换热机理有着重要意义。汽泡在壁面上长大阶段的示意图由图2-2所示，沸腾壁面导热、过热液体层传热和微液层蒸发是汽泡在壁面上的长大过程中热量的主要来源。汽泡长大过程主要可分为长大初期和长大后期两个阶段。在汽泡长大初期，汽泡内蒸汽温度与汽泡外液体温度基本相同，汽泡内压力高于外部液体压力。此时汽泡长大过程近似等温长大，主要受压力差、表面张力、惯性力作用影响。因此汽泡长大的初期阶段被称为动力学控制阶段或等温阶段。针对这一阶段的理论描述主要有瑞利方程[49]（RayleighEquation）。图2-2汽泡在壁面上生长示意图[48]Fig.2-2Schematicofbubblegrowthontheboilingsurface[48]通过假设汽泡在不可压缩无粘性流体中等温长大，根据斯托克斯方程（Navier-Stokesequations）有：1rrrluupurr+=(2-8)2244rrRdrurRd==(2-9)整理后可得：2rdRRudr=(2-10)
后，并非使溶液整体的表面张力立即变化到静态表面张力。而是需要经过一个表面活性剂分子扩散吸附并在界面上排布的过程。表面活性剂分子在溶液中存在着吸附到界面和从界面上解吸两个过程。在平衡态中，吸附速率和解吸速率相等，因此溶液中表面活性剂分子的运动整体保持动态平衡。如果一个新的汽-液界面形成，比如在液体中产生一个汽泡，表面面积增大将有更多的空间以供分子排列在界面上。此时，吸附速率大于解吸速率，整体上表面活性剂分子从体相中向汽-液界面运动，直至最终达成新的平衡态。表面活性剂分子的扩散及吸附过程如图2-4所示，根据表面活性剂分子在吸附过程中主导的驱动力因素不同，动态吸附模型主要分为以下两种：扩散控制吸附和混合动力控制吸附。图2-4表面活性剂分子扩散吸附过程示意图[56]Fig.2-4Schematicofdiffusionandadsorptionofsurfactantmolecules[56]扩散控制吸附模型是指液相中的表面活性剂分子通过扩散的方式运动至次表面，并
本文编号：3101612
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水平壁面上成核原理示意图[47]
第2章池沸腾换热理论基础10液体温度，K；Ts为饱和温度，K；h为普朗克常数。由于加热壁面上的凹坑内含有一部分不凝气体减小了液体汽化过程中所需的过热度。因此在加热过程中，这些凹坑就成为了汽化核心，汽泡首先从沸腾壁面上的凹坑中形成。从式（2-5）-（2-7）中可以分析得出，汽化核心的形成和活化与接触角、表面张力、润湿性等界面特性密切相关。2.1.2汽泡动力学汽泡动力学主要针对汽泡在汽化核心中汽化成核后，在沸腾表面上长大及脱离这一过程进行研究，对于研究沸腾换热机理有着重要意义。汽泡在壁面上长大阶段的示意图由图2-2所示，沸腾壁面导热、过热液体层传热和微液层蒸发是汽泡在壁面上的长大过程中热量的主要来源。汽泡长大过程主要可分为长大初期和长大后期两个阶段。在汽泡长大初期，汽泡内蒸汽温度与汽泡外液体温度基本相同，汽泡内压力高于外部液体压力。此时汽泡长大过程近似等温长大，主要受压力差、表面张力、惯性力作用影响。因此汽泡长大的初期阶段被称为动力学控制阶段或等温阶段。针对这一阶段的理论描述主要有瑞利方程[49]（RayleighEquation）。图2-2汽泡在壁面上生长示意图[48]Fig.2-2Schematicofbubblegrowthontheboilingsurface[48]通过假设汽泡在不可压缩无粘性流体中等温长大，根据斯托克斯方程（Navier-Stokesequations）有：1rrrluupurr+=(2-8)2244rrRdrurRd==(2-9)整理后可得：2rdRRudr=(2-10)
后，并非使溶液整体的表面张力立即变化到静态表面张力。而是需要经过一个表面活性剂分子扩散吸附并在界面上排布的过程。表面活性剂分子在溶液中存在着吸附到界面和从界面上解吸两个过程。在平衡态中，吸附速率和解吸速率相等，因此溶液中表面活性剂分子的运动整体保持动态平衡。如果一个新的汽-液界面形成，比如在液体中产生一个汽泡，表面面积增大将有更多的空间以供分子排列在界面上。此时，吸附速率大于解吸速率，整体上表面活性剂分子从体相中向汽-液界面运动，直至最终达成新的平衡态。表面活性剂分子的扩散及吸附过程如图2-4所示，根据表面活性剂分子在吸附过程中主导的驱动力因素不同，动态吸附模型主要分为以下两种：扩散控制吸附和混合动力控制吸附。图2-4表面活性剂分子扩散吸附过程示意图[56]Fig.2-4Schematicofdiffusionandadsorptionofsurfactantmolecules[56]扩散控制吸附模型是指液相中的表面活性剂分子通过扩散的方式运动至次表面，并
本文编号：3101612
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3101612.html
