文档介绍：含油纳米制冷剂沸腾中碳纳米管
的相间迁移机制
内容提要
1、研究背景与意义
2、实验设计
3、碳纳米管的相间迁移机制
4、结论
工质的传热性能与其它性能协调--- 难以同时保证高传热性能,
及温室效应潜能、毒性、安全性等
瓶颈
应对方案
纳米制冷剂--- 将纳米粉体与常规制冷剂进行优化配比,
形成高传热性能的制冷工质
纳米流体——美国Argonne国家实验室的Choi等人在1995年首次提出
国内外主要研究: 纳米流体的导热、对流换热、池沸腾换热
(主要集中在水、油和醇类为基液的纳米流体)
学术思想来源
制冷剂传热性能与其它性能的协调--- 难以同时保证高传热
性能,及温室效应潜能、毒性、安全性等
瓶颈
工质的传热性能与其它性能协调--- 难以同时保证高传热性能,
及温室效应潜能、毒性、安全性等
瓶颈
节能减排
背景
提高制冷空调装置能效
提高制冷剂
传热性能
1、研究背景与意义
应用纳米制冷剂必须研究的基础科学问题
纳米粉体不影响系统安全性
纳米粉体能
参与制冷循环
必要前提
必须研究的基础科学问题
纳米粉体能提高
制冷剂传热性能
1 导热
2 相变换热
1 电绝缘性
2 与系统材料的相容性
有待
研究
须全部满足,否则
无法实际应用!
制冷剂相变过程中
纳米粉体相间迁移
基本特征:
涉及到纳米粉体与气泡的相互作用
与工质物性和气泡动力学特性有关
受纳米制冷剂组成与加热条件影响
物理过程:
研究方法:
实验手段:
沸腾可视化实验
纳米粉体迁移量测定实验
建模方法:
气泡动力学
气浮理论颗粒捕集理论
纳米粉体相间迁移的研究思路
研究目标:
明确各因素对纳米颗粒相间迁移的影响机制
建立反映迁移机制的预测模型
实验研究(仅针对球形纳米颗粒)
各因素(纳米制冷剂组成和加热条件)对迁移的影响规律
[Peng et al, Int. J. Refrig., 2011, 34 (8): 1823-1832]
模型研究(仅针对球形纳米颗粒)
a. 基于能量守恒原理的半经验模型[Ding et al, Int. J. Refrig., 2009, 32(1): 114-123] :精度不高
b. 基于颗粒捕集理论和气浮理论的预测模型[Peng et al, Int. J. Refrig., 2011, 34 (8): 1833-1845]:精度较高,能反映影响机制
碳纳米管具有各向异性的特点,其自身运动规律以及与气泡的相互作用规律比球形颗粒更为复杂,需要单独研究。
纳米粉体相间迁移的研究现状
本文研究思路:理论分析各因素对碳纳米管迁移的影响机制,用实验结果验证理论分析结果的准确性。建立反映影响机制的定量预测模型。
实验要求
碳纳米管的选择:考虑碳纳米管几何结构的影响。
制冷剂的选择:选取有代表性的、类型差别较大且常压下容易操作的低压制冷剂。
润滑油浓度的选择:在0~10 wt%范围(实际制冷系统油浓度范围)内选取4种不同润滑油浓度。
热流密度和初始液位高度选择:根据实际制冷系统中制冷剂的沸腾工况,分别选取4种。
实验方案
纳米粉体迁移量测定实验台
热流密度相对误差:%
电子分析天平量程:~
电子分析天平最大误差:
实验装置
实验对象与工况
T#1, CNT#2, CNT#3, CNT#4
制冷剂:R113、R141b和戊烷
润滑油:VG68 浓度:0, 1 , 5, 10 wt%
热流密度:10, 20, 50, 100 kWm-2
初始液位高度: , , , cm
实验用碳纳米管的透射电镜照片
(a) CNT#1, d=15nm, l= (b) CNT#2, d=15nm, l=10μm
(c) CNT#3, d=80nm, l= (d) CNT#4, d =80nm, l=10μm