文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123311
含油纳米制冷剂沸腾中碳纳米管的相间
迁移机制
丁国良*,1,彭浩2,胡海涛1,庄大伟1
(1上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海 200240;
2开利空调冷冻研发管理(上海)有限公司,上海 200240)
(* Tel: 021-34206378; E-mail: ******@sjtu.)
摘要:含油纳米制冷剂沸腾中碳纳米管相间迁移机制,是评估纳米制冷剂沸腾传热效果和制冷系统中碳纳米管循环能力的基础。本文基于颗粒捕集理论和气浮理论,提出了各因素对碳纳米管相间迁移的影响机制;即碳纳米管迁移率随其长度或直径的增大而增大,制冷剂动力学粘度越小、密度越大,其完全蒸发时碳纳米管迁移率越大,碳纳米管迁移率随润滑油浓度的增大而减小、随热流密度的增大而减小、随初始液位高度的增加而增大。同时通过实验验证了理论分析结果的准确性。
关键词:碳纳米管;制冷剂;润滑油;迁移机制
0 前言
在制冷剂中添加纳米粉体组成纳米制冷剂,已成为一种新型的增强换热的技术[1,2]。纳米制冷剂中所用纳米粉体,包括纳米颗粒(如金属或金属氧化物颗粒)和碳纳米管。相比于金属或金属氧化物纳米颗粒,碳纳米管导热系数高1~2个数量级。因此,碳纳米管比金属或金属氧化物纳米颗粒更具有提高制冷剂换热的潜力[3-5]。
在纳米制冷剂沸腾中,碳纳米管能否从液相迁移至气相,决定其能否参与制冷循环。为评估纳米制冷剂沸腾传热效果和制冷系统中碳纳米管的循环能力,需要了解碳纳米管的相间迁移特性。纳米制冷剂的组成(碳纳米管几何机构、制冷剂种类、润滑油浓度)和加热条件(热流密度和初始液位高度)会影响工质物性和气泡动力学特性,进而影响碳纳米管的迁移。因此,碳纳米管相间迁移的研究目标是明确上述各因素对碳纳米管相间迁移的影响机制。
国内外针对纳米制冷剂传热特性的研究,较多地关心热导率与换热系数[6-8];对纳米颗制冷剂中发生的纳米粉体相间迁移研究则只在近年才有研究成果发表[9,10]。丁国良等[9]实验研究了单一种类纳米颗粒在单一制冷剂种类和热流密度情况下的迁移特性,并建立了预测纳米颗粒迁移特性的半经验模型;但该模型计算值与实验值在某些工况下偏差较大。为了提高模型预测精度,丁国良等[10]基于颗粒捕集理论和气浮理论建立了含油纳米制冷剂沸腾中纳米颗粒相间迁移特性预测模型,并通过实验对模型进行了验证,结果表明模型预测精度得到提高。然而,现有的关于纳米颗粒相间迁移的研究[9,10]仅针对纳米颗粒,无法反映碳纳米管几何结构等因素对碳纳米管相间迁移的影响机制。因此需要通过理论分析得对各因素对碳纳米管相间迁移的影响机制,并用实验结果来进行验证。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50976065)
1 实验设计
碳纳米管迁移量测定实验台由纳米制冷剂沸腾装置、碳纳米管质量称量装置和碳纳米管捕集罩三部分组成,如图1所示。
纳米制冷剂沸腾装置主要包括沸腾容器和电加热膜。沸腾容器是上部开口的圆柱形玻璃容器,高度为95 mm,内径为50 mm。为了减少热量损失,在沸腾容器外包裹保温材料玻璃纤维。电加热膜置于沸腾容器底部,其加热面积等于沸腾容器的底面积,且表面平整。电加热膜与直流电源相连,通过改变直流电源的输出来改变加