【摘要】：冰蓄冷技術(shù)可以發(fā)揮“移峰填谷”作用,平穩(wěn)電網(wǎng)負(fù)荷,提升電廠發(fā)電效率,但水在相變凝固過(guò)程中導(dǎo)熱系數(shù)不高,且存在較大過(guò)冷度,這削弱了冰蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率。將納米流體作為新型相變蓄冷材料,可以改善蓄冷系統(tǒng)的傳熱性能,同時(shí)納米粒子的異質(zhì)成核特性,能夠減小相變過(guò)冷度,提高蓄冷工況的蒸發(fā)溫度。相對(duì)基液而言,納米流體具有更小的過(guò)冷度已被眾多研究者證實(shí),但幾乎所有納米流體過(guò)冷度測(cè)量都是在容器中進(jìn)行,并且少有文獻(xiàn)報(bào)道納米粒子抑制過(guò)冷度的機(jī)理,為了消除容器壁面對(duì)成核的影響,本文采用聲懸浮無(wú)容處理技術(shù)對(duì)氧化石墨烯納米流體過(guò)冷特性和成核規(guī)律進(jìn)行研究。主要研究工作和結(jié)果如下:(1)采用超聲分散技術(shù),以去離子水為基液,自行制備了質(zhì)量濃度為0.03%的氧化石墨烯納米流體,靜置觀察和納米粒度及Zeta電位分析儀檢測(cè)結(jié)果均表明實(shí)驗(yàn)制備的納米流體具有良好的穩(wěn)定性。搭建了聲懸浮冷卻系統(tǒng),調(diào)試運(yùn)行結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)液滴穩(wěn)定懸浮、冷卻凝固、以及溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄。(2)通過(guò)分析影響液滴懸浮穩(wěn)定性因素,指出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中液滴懸浮穩(wěn)定性主要受溫度變化影響,計(jì)算結(jié)果表明懸浮介質(zhì)溫度下降幅度很大時(shí),會(huì)使超聲波發(fā)射端和反射端偏離諧振狀態(tài),聲懸浮力迅速下降,在此基礎(chǔ)上提出了實(shí)現(xiàn)液滴穩(wěn)定懸浮的方法。實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了去離子水和氧化石墨烯納米流體在容器中、不銹鋼表面和聲懸浮下的過(guò)冷特性,結(jié)果表明,聲懸浮可以削弱壁面等異質(zhì)成核因素的干擾,有利于獲得大過(guò)冷度。(3)在超聲波發(fā)生器功率分別為20W和32W條件下,對(duì)體積為30μL的去離子水液滴進(jìn)行500次成核實(shí)驗(yàn),得到聲懸浮下去離子水液滴相變過(guò)冷度分布,運(yùn)用成核統(tǒng)計(jì)理論和經(jīng)典成核理論對(duì)過(guò)冷度進(jìn)行計(jì)算分析,得到兩種功率下去離子水液滴的成核率表達(dá)式,進(jìn)一步分析表明,提高聲功率可以增大液滴有效成核區(qū)域和減小成核功,從而增大成核率。結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察和Seeley-Seidler統(tǒng)計(jì)方法對(duì)聲懸浮下去離子水液滴成核特點(diǎn)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)成核主要發(fā)生在液滴表面區(qū)域,同時(shí)對(duì)表面成核機(jī)理進(jìn)行了闡釋。(4)采用與去離子水相同的實(shí)驗(yàn)條件和方法,測(cè)量了30μL質(zhì)量濃度為0.03%的氧化石墨烯納米流體在聲懸浮下的相變過(guò)冷度,對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的過(guò)冷度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和擬合計(jì)算,得到納米流體液滴的成核率,同時(shí)分析了聲功率對(duì)成核區(qū)域、臨界成核功、成核率的影響。分別基于體積成核和表面成核假設(shè),對(duì)液滴成核特點(diǎn)進(jìn)行分析,結(jié)果表明,聲懸浮下氧化石墨烯納米流體液滴的表面和內(nèi)部都會(huì)發(fā)生成核,根據(jù)AFM和STEM的圖像觀測(cè)結(jié)果,建立了氧化石墨烯納米粒子的三角形柱體模型,運(yùn)用異質(zhì)成核理論對(duì)納米粒子促進(jìn)體積成核的機(jī)理進(jìn)行研究,結(jié)果表明,納米流體液滴發(fā)生表面成核和體積成核的熱動(dòng)力學(xué)條件幾乎等同。(5)對(duì)比分析了氧化石墨烯納米流體和去離子水的過(guò)冷度、臨界成核功、成核率,結(jié)果表明,加入納米粒子使去離子過(guò)冷度分布趨于減小,20W和32W功率時(shí)納米流體平均相變過(guò)冷度分別減小了2.7K和2.3K;與去離子水相比,納米流體成核功在20W和32W功率下分別減少了60%和55%;另外,相同過(guò)冷度下納米流體的成核率比去離子水大,并且隨溫度降低其增長(zhǎng)速度更快,主要原因是納米粒子的親水性和異質(zhì)成核特性,降低了成核功,使得晶核更容易形成。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11

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本文編號(hào)：2494720