本文關(guān)鍵詞：氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究

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【摘要】：針對利用低品位熱能驅(qū)動(dòng)的氨水吸收式制冷機(jī)組,由于性能系數(shù)較低、設(shè)備龐大笨重等缺點(diǎn)而制約了其廣泛應(yīng)用。本文采用工程熱物理領(lǐng)域目前較為流行的納米流體技術(shù),即以一定的方式和比例向氨水中添加納米顆粒,形成均勻分散的氨水納米溶液,將其應(yīng)用于氨水吸收式制冷系統(tǒng)中的降膜發(fā)生過程,研究納米顆粒對氨水降膜過程是否存在強(qiáng)化發(fā)生的效果。本文主要從氨水納米溶液的制備與特性研究、氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究、納米顆粒強(qiáng)化氨水納米溶液降膜發(fā)生機(jī)理分析等幾個(gè)方面展開,主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下：1).氨水納米溶液的制備與特性研究。文中介紹了一種氨水納米溶液的優(yōu)化制備方法,在適用于常溫工況的氨水納米溶液穩(wěn)定性研究基礎(chǔ)上,研究了高溫處理對納米溶液分散穩(wěn)定性的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明：在納米顆粒種類試驗(yàn)范圍內(nèi),高溫處理對含表面活性劑的納米溶液分散穩(wěn)定性有弱化作用,對自分散良好的納米溶液有強(qiáng)化分散效果。同時(shí),本文探究了陰、陽離子表面活性劑復(fù)配氨水納米溶液的穩(wěn)定性和表面張力特性,試驗(yàn)結(jié)果表明：陰、陽離子表面活性劑在適當(dāng)復(fù)配比例下,能夠有效地改善氨水納米溶液的分散穩(wěn)定性和降低溶液表面張力。2).氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的數(shù)值模擬。本文提出了適合氨水納米溶液的物性參數(shù)計(jì)算方程,建立了較為符合實(shí)際且便于求解的氨水納米溶液降膜發(fā)生熱質(zhì)耦合的數(shù)學(xué)模型,通過對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散求解,得到了納米顆粒濃度和氨組分濃度對氨水納米溶液物性參數(shù)的影響規(guī)律,同時(shí)得到了管外液膜內(nèi)的速度場、溫度場、濃度場、液膜厚度、界面質(zhì)量流率分布和界面熱量流率分布等降膜發(fā)生試驗(yàn)無法直接測得的過程參量。模擬結(jié)果表明：氨水納米溶液降膜發(fā)生過程中氣液界面上的熱質(zhì)傳遞均主要由擴(kuò)散項(xiàng)決定。3).氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的試驗(yàn)研究。通過氨水納米溶液降膜發(fā)生系統(tǒng)試驗(yàn),研究了納米顆粒的種類和濃度、氨水納米溶液的進(jìn)口流量和氨組分濃度、發(fā)生壓力等因素對降膜發(fā)生傳熱傳質(zhì)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：五種納米顆粒均有一定的強(qiáng)化發(fā)生效果,其中ZnFe2O4-氨水納米溶液的發(fā)生速率和有效發(fā)生比最高,發(fā)生性能效果最好,有效發(fā)生比為1.44,炭黑、TiN、SiC和γ-Al2O3納米溶液的強(qiáng)化發(fā)生效果依次遞減；在納米顆粒濃度試驗(yàn)范圍內(nèi),隨著納米顆粒濃度的增大,氨水納米溶液的發(fā)生效果呈現(xiàn)先增后減的趨勢,在納米顆粒濃度為0.3%時(shí)達(dá)到最佳值,有效發(fā)生比為1.85；在氨水初始濃度試驗(yàn)范圍內(nèi),隨著氨水初始濃度的增大,純氨水和氨水納米溶液的發(fā)生速率均有上升的趨勢,但氨水納米溶液的有效發(fā)生比卻隨之減�。辉谌芤哼M(jìn)口流量試驗(yàn)范圍內(nèi),隨著溶液進(jìn)口流量的增大,氨水納米溶液和純氨水的降膜發(fā)生效果均呈現(xiàn)先增后減的趨勢,在溶液進(jìn)口流量為12.7g/(m.s)時(shí)降膜發(fā)生速率達(dá)到最大,但氨水納米溶液的有效發(fā)生比在溶液進(jìn)口流量為9.6g/(m.s)時(shí)達(dá)到最佳,有效發(fā)生比為1.38;在發(fā)生壓力試驗(yàn)范圍內(nèi),隨著降膜發(fā)生器主體壓力的增大,純氨水和氨水納米溶液的發(fā)生速率均有下降的趨勢,但氨水納米溶液的有效發(fā)生比卻隨之增大。4).納米顆粒強(qiáng)化氨水降膜發(fā)生過程的機(jī)理分析。結(jié)合氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的模擬和試驗(yàn)結(jié)果,以及前人關(guān)于納米顆粒強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)方面的研究,從顆粒的微運(yùn)動(dòng)和納米溶液的物性等方面對納米顆粒強(qiáng)化降膜發(fā)生過程的機(jī)理進(jìn)行了初步的探討和分析。
【關(guān)鍵詞】：吸收式制冷 氨水 納米溶液 降膜發(fā)生 數(shù)值模擬 試驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB611
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符號(hào)表9-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 納米溶液的制備實(shí)驗(yàn)及物性研究11
• 1.2.2 溶液降膜蒸發(fā)的相關(guān)研究11-12
• 1.2.3 納米顆粒用于溶液沸騰換熱的實(shí)驗(yàn)研究12-13
• 1.2.4 納米溶液傳熱傳質(zhì)的數(shù)值模擬研究13
• 1.2.5 氨水吸收式制冷中納米顆粒的應(yīng)用13-14
• 1.3 本文的主要工作14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第二章 氨水納米溶液的制備與特性研究15-25
• 2.1 氨水納米溶液的制備15-17
• 2.1.1 氨水納米溶液穩(wěn)定性的評價(jià)15-16
• 2.1.2 氨水納米溶液的制備方法16-17
• 2.2 高溫氨水納米溶液的穩(wěn)定性分析17-18
• 2.3 陰陽離子表面活性劑復(fù)配氨水納米溶液的特性研究18-24
• 2.3.1 陰陽離子表面活性劑復(fù)配氨水納米溶液的穩(wěn)定性研究18-22
• 2.3.2 陰陽離子表面活性劑復(fù)配氨水納米溶液的表面張力研究22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 氨水納米溶液降膜發(fā)生系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)25-34
• 3.1 降膜發(fā)生試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容25
• 3.2 降膜發(fā)生系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的組成25-29
• 3.3 降膜發(fā)生系統(tǒng)試驗(yàn)的操作流程及注意事項(xiàng)29-32
• 3.3.1 降膜發(fā)生系統(tǒng)試驗(yàn)的操作流程29-31
• 3.3.2 降膜發(fā)生系統(tǒng)試驗(yàn)的注意事項(xiàng)31-32
• 3.4 氨水納米溶液降膜發(fā)生效果的評價(jià)指標(biāo)32-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第四章 氨水納米溶液降膜發(fā)生傳熱傳質(zhì)的數(shù)值模擬34-44
• 4.1 氨水納米溶液的物性參數(shù)方程34-36
• 4.2 建立氨水納米溶液降膜發(fā)生的物理模型和數(shù)學(xué)模型36-39
• 4.2.1 建立氨水納米溶液降膜發(fā)生的物理模型36-37
• 4.2.2 建立氨水納米溶液降膜發(fā)生的數(shù)學(xué)模型37-39
• 4.3 求解氨水納米溶液降膜發(fā)生的數(shù)學(xué)模型39-43
• 4.3.1 求解液膜速度和膜厚39-40
• 4.3.2 控制方程組的離散化40-42
• 4.3.3 離散方程組的求解流程42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 第五章 氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的模擬與試驗(yàn)結(jié)果分析44-57
• 5.1 氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的模擬結(jié)果與分析44-51
• 5.1.1 納米顆粒和氨組分濃度對氨水納米溶液物性參數(shù)的影響44-46
• 5.1.2 管外液膜的流場分布46-51
• 5.2 氨水納米溶液降膜發(fā)生試驗(yàn)的結(jié)果與分析51-55
• 5.3 納米顆粒強(qiáng)化氨水降膜發(fā)生過程的機(jī)理初步分析55-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 第六章 研究總結(jié)與展望57-60
• 6.1 研究工作總結(jié)57-58
• 6.2 研究展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士期間科研成果66

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