發(fā)布時(shí)間：2021-06-15 18:31

　　光電催化分解水制氫技術(shù)是目前最有前景的清潔利用太陽(yáng)能的技術(shù)之一,其氣體產(chǎn)物主要以氣泡的形式輸運(yùn),氣泡的演化規(guī)律和動(dòng)態(tài)行為特性影響著系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)速率。本文通過(guò)搭建光電催化分解水氣泡動(dòng)態(tài)行為可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究了氣泡在水平電極表面的演化規(guī)律,探討了氣泡在表面化學(xué)反應(yīng)控制下的生長(zhǎng)機(jī)理;進(jìn)一步提出了一種通過(guò)外部斬光調(diào)控氣泡動(dòng)態(tài)行為的方法,發(fā)現(xiàn)節(jié)律性斬光可使氣泡在水平電極表面發(fā)生彈跳,并得到了彈跳氣泡的動(dòng)力學(xué)特性;通過(guò)控制電子快門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)氣泡彈跳特性,得到了氣泡返回次數(shù)和生長(zhǎng)時(shí)間在不同斬光模式下的變化規(guī)律. 

【文章來(lái)源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｙｓｔｅｍ??

一旦激發(fā)光??源被遮擋，生長(zhǎng)中的氣泡會(huì)立即脫離電極表面而上??升至主體溶液中，而若在短暫的遮擋后使激光重新??照射電極表面，已經(jīng)發(fā)生脫離的氣泡會(huì)返回電極表??面繼續(xù)生長(zhǎng)，將這種氣泡的脫離與返回定義為氣泡??的彈跳。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用斬光系統(tǒng)節(jié)律性地??短暫遮擋激發(fā)光源會(huì)使氣泡發(fā)生多次彈跳，氣泡生??長(zhǎng)至一定大小之后發(fā)生脫離。斬光模式的調(diào)節(jié)是通??過(guò)設(shè)置電子快門(mén)的開(kāi)關(guān)時(shí)間實(shí)現(xiàn)的，如電子快門(mén)打??開(kāi)時(shí)間為０．２?ｓ，快門(mén)關(guān)閉時(shí)間為０．１?ｓ，記作斬光模??式０．２？０．１?ｓ。圖４（ａ）給出了在節(jié)律性斬光作用下氣??泡在水平電極表面彈跳的示意圖，圖４（ｂ）為斬光模??式０．０４？０．０４?ｓ工況下，氣泡彈跳的高速顯微攝像圖??片序列，可見(jiàn)氣泡在垂直于電極表面的方向上做一??維彈跳運(yùn)動(dòng)。??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??２００?ｊｉｍ??Ｂｏｕｎｃｅ??－！??（ａ）氣泡彈跳示意圖?（ｂ）氣泡彈跳實(shí)驗(yàn)圖??（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?（ｂ）?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ??ｂｕｂｂｌｅ?ｂｏｕｎｃｉｎｇ?ｂｕｂｂｌｅ?ｂｏｕｎｃｉｎｇ??圖４水平電極表面的氣泡彈跳過(guò)程??Ｆｉｇ．?４?Ｂｕｂｂｌｅ?ｂｏｕｎｃｉｎｇ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ??ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｕｒｆａｃｅ??取圖片底部為２／?＝?０位置，取重力相反方向?yàn)??２／正方向，氣泡中心初始位置２／?＝?２３５．６?（ｘｍ．圖５給??出斬光模式０．０７５？０．０３?ｓ的彈跳氣泡在豎直方向相??對(duì)位置隨時(shí)間變化曲線(xiàn)，可見(jiàn)氣泡在最終脫離電極??表面之前經(jīng)歷了六次返回和七次脫離，且隨著返回?

曹振山等：光電分解水過(guò)程氣泡動(dòng)態(tài)行為調(diào)控研究??１７０３??７期??面后氣泡直徑不變，即只有氣泡附著在電極表面上??時(shí)才會(huì)生長(zhǎng)，脫離后停止生長(zhǎng)。??８００??７００??ｐ?６００??一?？?５００??４００??３００??２００??０?１００?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００??ｔ／ｓ??圖５氣泡彈跳過(guò)程豎直方向相對(duì)位置隨時(shí)間變化曲線(xiàn)??Ｆｉｇ．?５?Ｂｕｂｂｌｅ?ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｖｓ?ｔｉｍｅ?ｄｕｒｉｎｇ?ｂｏｕｎｃｉｎｇ??２．３氣泡彈跳特性調(diào)控??文獻(xiàn)［１３］、［１４］中給出了不同工況對(duì)氣泡生長(zhǎng)??脫離特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)激發(fā)光源的功率可??以直接影響氣泡的生長(zhǎng)脫離特性，氣泡生長(zhǎng)時(shí)間和??脫離直徑隨激光功率增加而增加，恒定偏壓的增加??使激光功率對(duì)氣泡脫離直徑的影響程度變小，而電??解液濃度對(duì)氣泡生長(zhǎng)規(guī)律的影響可忽略不計(jì)。本文??通過(guò)外部斬光改變激發(fā)光在電極表面的時(shí)間分布，??從而對(duì)氣泡生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)律性斬光使氣泡??獲得彈跳現(xiàn)象。本節(jié)將討論不同斬光工況下氣泡的??彈跳特性，包括氣泡的反彈次數(shù)和生長(zhǎng)時(shí)間，反彈??次數(shù)就是在氣泡彈跳過(guò)程中脫離之后又返回至電極??表面的次數(shù)，總比氣泡脫離次數(shù)少一次，生長(zhǎng)時(shí)間??即為氣泡從成核生長(zhǎng)開(kāi)始至最終脫離電極表面經(jīng)歷??的總時(shí)間。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變快門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間可以調(diào)??節(jié)氣泡的返回次數(shù)。圖７為氣泡返回次數(shù)隨快門(mén)開(kāi)關(guān)??圖６氣泡彈跳過(guò)程直徑隨時(shí)間變化曲線(xiàn)??Ｆｉｇ．?６?Ｂｕｂｂｌｅ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ｖｓ?ｔｉｍｅ?ｄｕｒｉｎｇ?ｂｏｕｎｃｉｎｇ??現(xiàn)結(jié)合斬光系統(tǒng)電子快門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)水平??電極表面

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光電催化過(guò)程中氧氣泡成核—生長(zhǎng)—脫離特性研究[J]. 曹振山,郭烈錦,王曄春,胡曉瑋,陳娟雯.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2018(07)
[2]微型壓電泵中引流道對(duì)氣泡控制的影響[J]. 陳松,劉勇,闞君武,楊志剛,溫建明,程光明.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2016(12)
[3]TiO2一維納米陣列電極表面氧氣泡發(fā)展規(guī)律研究[J]. 曹振山,胡曉瑋,郭烈錦,王曄春.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2016(02)
[4]上浮氣泡在壁面處的彈跳特性研究[J]. 李帥,張阿漫.  物理學(xué)報(bào). 2014(05)



本文編號(hào)：3231560