本文關(guān)鍵詞： 納米流體 混合對(duì)流 一步濕化學(xué)法 表面活性劑 微細(xì)通道 流動(dòng)沸騰 納米工程表面 局部干涸　出處：《浙江大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：宏觀尺度強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展已達(dá)到一定高度,并接近飽和；微米／納米尺度的新技術(shù)、新材料、新方法能夠提供宏觀尺度下難以實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為強(qiáng)化傳熱學(xué)科縱深發(fā)展的新動(dòng)力。本文的研究目的是,通過采用微米／納米尺度的強(qiáng)化傳熱技術(shù),對(duì)管內(nèi)單相對(duì)流換熱及流動(dòng)沸騰換熱的基本物理現(xiàn)象及其強(qiáng)化機(jī)理有更深入的理解,以為新型微納結(jié)構(gòu)強(qiáng)化技術(shù)的開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持與理論指導(dǎo)。本文的基本內(nèi)容是以納米流體的單相對(duì)流換熱為出發(fā)點(diǎn),探究納米流體與傳熱界面的相互作用,基于納米流體對(duì)傳熱表面的改造機(jī)理,將研究擴(kuò)展到納米表面的微細(xì)通道流動(dòng)沸騰換熱。本文首先對(duì)納米流體和微納結(jié)構(gòu)工程表面的研究現(xiàn)狀作了詳盡的綜述和分析,從中發(fā)現(xiàn)若干主題亟待研究：納米流體的混合對(duì)流、一步法納米流體對(duì)流換熱、活性劑對(duì)換熱的影響、納米工程表面運(yùn)用于微細(xì)通道沸騰傳熱。對(duì)于納米流體在大管徑橫管內(nèi)的混合對(duì)流,本文系統(tǒng)地研究了二氧化硅納米顆粒原生粒徑、顆粒體積濃度、基液粘度和普朗特?cái)?shù)等參數(shù)對(duì)于管內(nèi)層流混合對(duì)流換熱的影響,納米流體混合對(duì)流換熱相對(duì)于基液出現(xiàn)了惡化,采用混合對(duì)流判別數(shù)和均相模型統(tǒng)一解釋了納米流體的混合對(duì)流傳熱特性。采用一步濕化學(xué)法制備了較大量穩(wěn)定的二氧化硅納米流體,在細(xì)通道內(nèi)分別就其層流、湍流、混合對(duì)流進(jìn)行了對(duì)流換熱系數(shù)的測(cè)試,考慮熱物性的改變后,其對(duì)流換熱系數(shù)可以用傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè),并不存在奇異的強(qiáng)化效應(yīng)。一步法納米流體無需使用表面活性劑,然而兩步法必須采用活性劑才能穩(wěn)定,這將對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾。本文通過實(shí)驗(yàn)論證了表面活性劑SDBS對(duì)于細(xì)通道內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱的影響,活性劑溶液的表面張力大大降低,可以減小沸騰換熱中汽泡的尺寸,減輕細(xì)通道中汽泡的融合以及局部干涸,減緩換熱系數(shù)隨干度的增加而急劇惡化的趨勢(shì)。納米工程表面技術(shù)可視為對(duì)納米流體的揚(yáng)棄,特別適用于微細(xì)通道內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱的強(qiáng)化。本文搭建了適用于測(cè)試可控參數(shù)微納結(jié)構(gòu)表面的微細(xì)窄通道流動(dòng)沸騰測(cè)試系統(tǒng),結(jié)合高速攝像系統(tǒng),對(duì)過冷沸騰和飽和沸騰中的局部干涸和重新潤濕現(xiàn)象進(jìn)行了可視化流型觀察,研究了流速、熱流和干度等參數(shù)對(duì)換熱機(jī)理的影響。采用PECVD制備了二氧化硅表面,發(fā)現(xiàn)沉積層的厚度對(duì)于表面的親疏水特性有重要影響,當(dāng)沉積厚度為100nm時(shí),表面呈現(xiàn)超親水特性。采用超親水納米二氧化硅表面用于微細(xì)窄通道內(nèi)飽和沸騰換熱,可改變環(huán)形流的液膜分布,在干度提高時(shí)可避免微細(xì)通道中常出現(xiàn)的傳熱惡化現(xiàn)象。
[Abstract]:The development of macro-scale heat transfer enhancement technology has reached a certain height and is close to saturation. New technologies, new materials and new methods at micron / nano-scale can provide advantages that are difficult to achieve at macro scale. Has become a new driving force for the in-depth development of the subject of enhanced heat transfer. The purpose of this paper is to use micron / nanoscale enhanced heat transfer technology. The basic physical phenomena and strengthening mechanism of single-phase convective heat transfer and flow boiling heat transfer in the tube are further understood. The basic content of this paper is to explore the interaction between nano-fluid and heat transfer interface based on the single-phase convection heat transfer of nano-fluid. Based on the modification mechanism of nano-fluid on heat transfer surface, the flow boiling heat transfer of micro-channel is extended to nanoscale surface. Firstly, the research status of nano-fluid and micro-nano structure engineering surface is reviewed and analyzed in detail in this paper. It is found that a number of topics need to be studied: mixed convection of nanoscale fluids, convection heat transfer of one-step nanoscale fluids and effect of active agents on heat transfer. Nano-engineering surface is applied to micro channel boiling heat transfer. The primary particle size and particle volume concentration of silica nanoparticles are systematically studied for the mixed convection of nano-fluids in large diameter transverse tubes. The effects of viscosity of base fluid and Plantt number on the convection heat transfer of laminar mixed flow in the tube, the mixing convection heat transfer of nano-fluid is worse than that of the base liquid. Mixed convection discriminant number and homogeneous phase model were used to explain the heat transfer characteristics of nanofluids. A large number of stable silica nanofluids were prepared by one-step wet chemical method. The convection heat transfer coefficient of mixed convection is tested. Considering the change of thermal properties, the convection heat transfer coefficient can be predicted by traditional correlation formula, and there is no singular enhancement effect. However, in order to be stable in the two-step method, it will interfere with the experiment. In this paper, the effect of surfactant SDBS on the boiling heat transfer in a thin channel is demonstrated, and the surface tension of the surfactant solution is greatly reduced. The bubble size in boiling heat transfer can be reduced, the bubble fusion and local drying up in fine channel can be alleviated, and the heat transfer coefficient will deteriorate sharply with the increase of dryness. Nanoengineering surface technology can be regarded as the sublation of nanoscale fluid. It is especially suitable for the enhancement of flow boiling heat transfer in micro-channels. In this paper, a micro-narrow channel flow boiling measurement system, which is suitable for testing the surfaces of micro-nano structures with controllable parameters, is built, and a high-speed camera system is developed. The local drying and rewetting phenomena in subcooled boiling and saturated boiling were observed, and the effects of flow rate, heat flux and dryness on the heat transfer mechanism were studied. Silica surface was prepared by PECVD. It is found that the thickness of the deposited layer has an important effect on the hydrophobic properties of the surface. When the deposition thickness is 100 nm, the surface exhibits superhydrophilic properties. The surface of superhydrophilic nano-silica is used for saturated boiling heat transfer in the narrow channel. The liquid film distribution of annular flow can be changed, and the deterioration of heat transfer in microchannels can be avoided when dryness is increased.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124

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本文編號(hào)：1521085