隨著科技的發(fā)展,低溫流體越來越多的應(yīng)用到航空航天以及超導(dǎo)等領(lǐng)域:液氫和液氧廣泛應(yīng)用作航天飛機和火箭的助燃劑,能夠提供更大推動力且不產(chǎn)生任何污染;液氮、液氦常為核磁共振以及大型強子對撞機等設(shè)備提供冷量。在實際應(yīng)用中設(shè)備的初始溫度遠(yuǎn)高于低溫液體,當(dāng)兩者接觸時會出現(xiàn)淬火換熱現(xiàn)象。設(shè)備的快速預(yù)冷能夠有效的減小低溫液體的消耗量,同時讓設(shè)備迅速進(jìn)入工作狀態(tài)。目前針對傳熱低溫沸騰換熱過程的研究發(fā)現(xiàn)通過表面改性可以大幅提升換熱性能,因此其影響機理值得深入研究。本文通過可視化實驗研究了沸騰表面納米結(jié)構(gòu)和熱阻對液氮淬火換熱的影響,主要工作針對以下幾方面開展:1.液氮淬火換熱的可視化實驗研究搭建了液氮淬火換熱的實驗系統(tǒng),通過高速攝像儀開展了具有不同表面特性和熱阻的圓柱樣品在液氮中淬火換熱的可視化實驗研究�；趥鳠岱磫栴}研究方法,針對本文淬火換熱實驗進(jìn)行模型簡化,推導(dǎo)出了由中心溫度計算沸騰表面溫度、熱流密度和換熱系數(shù)的公式。2.不同特性表面的制備方法研究重點研究了鋁6061圓柱表面的陽極氧化膜處理過程,改變電解拋光和陽極氧化階段的電化學(xué)反應(yīng)條件,通過對比實驗確定制備表面鋁6061陽極氧化膜的最佳方案,從而得到... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

同沸騰階段的q-Δt曲[6]

圖 1-2 銹鋼球在濃 0.01vol%的鋁納米流體中的沸騰換熱曲-2 Quenching curves for stainless steel sphere repeatedly runs in alumina 0.01 vol% concentration[8]表面納米顆粒沉積帶來的性能提升啟發(fā)了研究者們通過改變升沸騰換熱性能。Hahne[9]等人于 1977 年提出粗糙度變化不是的原因所在，這是因為表面粗糙度主要影響汽化核心的位置分長，但在臨界熱流密度附近的沸騰區(qū)域，汽化核心增加導(dǎo)致氣成氣柱氣塊，此時汽化核心密度的改變對臨界熱流密度影響[10]，單純的機械加工得到的粗糙表面，僅在制備完成初期提粗糙結(jié)構(gòu)極易被污染破壞，隨即失去強化效果。而性能優(yōu)異的較為復(fù)雜困難，這引發(fā)研究者們進(jìn)一步探索消耗材料更少、制經(jīng)濟節(jié)能的表面改性方法。冷卻過程在工業(yè)生產(chǎn)中十分常見，Takeda D 等人[11]為了減少

是這個提升效果不能僅靠潤濕性改善的作用來解釋。當(dāng)接觸角低于臨界值 10°時，微納結(jié)構(gòu)帶來了更多尺度的換熱面，使得液體更容易鋪展并浸潤傳熱表面加強了潤濕性改善對臨界熱流密度的提升效果。研究發(fā)現(xiàn)，表面結(jié)構(gòu)和潤濕性對沸騰有顯著的影響，表面結(jié)構(gòu)有助于增加核態(tài)沸騰的活化核心數(shù)量，而親水表面則能夠提高臨界熱流密度[13]。1.2.2 多孔結(jié)構(gòu)對沸騰換熱的影響研究研究發(fā)現(xiàn)，通過對表面結(jié)構(gòu)特性的定向改變而獲得特殊的表面結(jié)構(gòu)形貌可以有效提升沸騰換熱性能，其中多孔結(jié)構(gòu)和微納復(fù)合結(jié)構(gòu)在諸多方面性能優(yōu)異，在能源動力、低溫超導(dǎo)等方面的工業(yè)應(yīng)用前景廣泛。目前較為成熟的規(guī)則表面結(jié)構(gòu)制備方法包括機械加工、等離子涂層涂覆等，這些方法的原理是在材料表面制造出一系列規(guī)則的小空腔，在表面發(fā)生沸騰換熱時，蒸汽滯留在小空腔內(nèi)，核態(tài)沸騰階段的表面活化核心密度增大，從而提升沸騰換熱性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多孔表面的液氮池沸騰實驗研究[J]. 付鑫,任小軍,張鵬,江世臣.  低溫與超導(dǎo). 2014(08)
[2]材料表面的潤濕性[J]. 馮曉娟,石彥龍,楊武.  化學(xué)通報. 2014(05)
[3]納米多孔鋁陽極氧化膜的形成機理研究[J]. 朱緒飛,宋曄,肖迎紅,朱晴,高魁,陸路德.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報. 2007(02)
[4]高質(zhì)量規(guī)則多孔氧化鋁模板的制備[J]. 馬春蘭.  物理學(xué)報. 2004(06)



本文編號：3620676