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纳米流体及表面活性剂对沸腾换热的影响 报告人： 指导教师： 时间：2012/07/05 Contents 1.沸腾换热简要 应用范围 电子元器件，电子设备等 按工质流动特性 沸腾可以分为大空间沸腾 (池沸腾)和流动沸腾 沸腾换热 是通过大量汽泡的形成、成长和运动将工质由液态转换到气态的一种剧烈蒸发过程 沸腾换热 1.沸腾换热简要 饱和沸腾曲线 换热机理 核态沸腾 过度沸腾 稳定膜态沸腾 1.沸腾换热简要 强制对流 沸腾 池内沸腾 饱和沸腾 换热 形式 过冷沸腾 池内沸腾 强制对流沸腾 2.常用强化换热方法 对于核态沸腾，强化换热的关键是增加汽化核心和提高气泡脱离频率。 从影响沸腾换热的因素可知，溶于液体中的不凝结气体、液体过冷、液位高度、重力加速度和沸腾表面结构等对沸腾换热的表面传热系数有一定影响。 2.常用强化换热方法 2.常用强化换热方法 2.常用强化换热方法 2.常用强化换热方法 微结构表面 2.常用强化换热方法 沸腾换热强化管表面结构示意 3.添加表面活性剂强化换热 国内外许多课题组研究发现活性剂溶液特性受到活性剂种类、溶液浓度、溶液温度和沸腾工况等因素影响；但由于复杂性, 至今还没有完全理解其强化换热机理 表面活性剂强化沸腾换热具有添加少量活性剂就有显著强化效果的特点，其文献可追溯至1939 年 活性剂 是一大类有机化合物，包括疏水基团和亲水基团两部分，添加使用时会形成胶束，溶液中开始形成胶束的最低活性剂浓度称临界胶束浓度(CMC) 表面活性剂 3.添加表面活性剂强化换热 3.添加表面活性剂强化换热 3.添加表面活性剂强化换热 液体过冷度对沸腾换热的影响 3.添加表面活性剂强化换热 小结展望 对在除乙醇外的有机溶剂中添加表面活性剂情况的研究比较少 目前研究大多针对表面活性剂强化饱和沸腾,对过冷沸腾的研究相对较少 目前对添加表面活性剂强化沸腾散热的机理研究不甚明朗，另外研究活性剂溶液在沸腾工况下的物理特性可以建立在理解活性剂分子结构与其性能关系的基础上 4.纳米流体强化换热 4.纳米流体强化换热 纳米颗粒粒径小, 有望在发 展新型微型换热设备上利用 纳米粒子可保持稳定悬浮不沉淀, 有效地避免了其他粒子易产生的磨损或堵塞现象；对悬浮液流动起到润滑作用 粒子、壁面、液体间的相互作用使得流动层流边界层被破坏, 传热增加 相同粒子体积含量下, 纳米粒子表面积和热容量远大于毫米或微米级的粒子 分子间作 用力增加 小尺寸 效应 导热系 数大 微电信息 领域应用 纳米流 体特点 4.纳米流体强化换热 4.纳米流体强化换热 纳米流体对池内沸腾沸腾换热系数的影响（1） 作者 年份 纳米流体 传热面 效果 李春辉等 2005 SiO2-水 水平铂丝表面 水平圆管D 20 mm 强化 恶化 施明恒等 2002-2006 Fe-水 Al2O3-水 水平圆形铜表面 有强化有恶化 周定纬等 2001-2004 Cu-丙酮 水平铜管表D20-d16mm 有强化有恶化 Wen等 2005 Al2O3-水 水平不锈钢圆表面 强化 Tu等 2004 Al2O3-水 水平钛膜表面 强化 Witharana等 2003 Au-水 SiO2-水 SiO2-乙二醇 水平圆板表面 强化 恶化 恶化 Das等 2003 Al2O3-水 水平不锈钢圆表面 恶化 Bang等 2005 Al2O3-水 恶化 Kim等 2007 Al2O3-水 TiO2-水 SiO2 -水 水平不锈钢丝 水平不锈钢矩形表面 恶化 Truong 2007 Al2O3-水 SiO2 -水 水平不锈钢丝 强化 薛怀生等 2009 碳纳米管-水 铜棒端面 直径12mm 有强化有恶化 4.纳米流体强化换热 纳米流体对池内沸腾沸腾换热系数的影响（2） 作者 年份 纳米流体 传热面 效果 刘振华等 2009-2010 CuO-水 碳纳米管-水 水平方形铜表面 强化 Kathiravan等 2010 Cu-水 水平方形不锈钢表面 恶化 Kwark 等 2010 Al2O3-水 水平方形铜表面 基本不变或恶化 Soltani等 2010 Al2O3-水 竖直不锈钢柱状表面 强化 Suriyawong等 2010 TiO2-水 水平圆形铜表面 水平圆形铝表面 有强化有恶化 You等 2003 Al2O3-水 水平方形铜表面 基本不变 Kim等 2004 Al2O3-水 水平不锈钢圆表面 基本不变 Jr等 2005 Al2O3-水 ZnO-水 水平方形铜表面 基本不变 Vassallo等 2004 SiO2 -水 NiCr 丝表面 基本不变 Park等 2004 Al2O3-水 不锈钢金属球体表面 恶化 Lotfi等 2009 Ag-水 银的球体表面 恶化 4.纳米流体强化换热