TiO2-氨水納米流體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、物性及對(duì)流換熱特性研究.pdf

1、在能源日益緊張的今天，氨水吸收式制冷系統(tǒng)不僅在利用工業(yè)余熱等低品位能源方面有一定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)制冷工質(zhì)“氨”對(duì)環(huán)境也非常友好，因此對(duì)氨水吸收式制冷技術(shù)的研究倍受能源工作者的關(guān)注。但是如何提高其系統(tǒng)COP以及設(shè)備的小型化長(zhǎng)期以來一直是相關(guān)研究者研究的難題之一。有研究認(rèn)為氨水吸收式制冷系統(tǒng)的COP以及設(shè)備尺寸與換熱器的換熱效率有很大關(guān)系，而納米流體在傳熱性能上比普通流體效率更高，因此將納米流體運(yùn)用于氨水吸收式系統(tǒng)被認(rèn)為是一個(gè)值得研究的課題。目

2、前為止雖然納米流體運(yùn)用于氨水吸收式制冷系統(tǒng)時(shí)其吸收特性以及發(fā)生特性已有研究，但是氨水納米流體的對(duì)流換熱性能、在不斷運(yùn)行過程中的分散穩(wěn)定性（簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性）等會(huì)影響到納米流體能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行于系統(tǒng)以及系統(tǒng)的COP的特性卻少有人研究，本文對(duì)此將做進(jìn)一步研究。同時(shí)已有的對(duì)于適用于氨水的納米顆粒種類的研究發(fā)現(xiàn)，銳鈦型的納米TiO2在不添加分散劑時(shí)即可穩(wěn)定分散于氨水中，因此本文選用TiO2-氨水納米流體作為實(shí)驗(yàn)流體。所做工作主要分為以下幾方面:<

3、br>　　(1)TiO2納米流體熱導(dǎo)率模型的研究:一般情況下納米流體比基液具有更高的熱導(dǎo)率，這也是納米流體被推出的原因。熱導(dǎo)率的值可以通過測(cè)量和熱導(dǎo)率模型計(jì)算兩種方法獲得，而模型計(jì)算在熱導(dǎo)率不方便測(cè)量時(shí)能起到彌補(bǔ)的作用。在了解之前研究者的熱導(dǎo)率模型時(shí)，發(fā)現(xiàn)目前很少有模型考慮到分散劑以及柱狀納米顆粒軸向?qū)岬挠绊?，本文在?jīng)典基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上針對(duì)TiO2納米流體的特點(diǎn)加入這兩個(gè)條件，得到新的針對(duì)TiO2納米流體熱導(dǎo)率的計(jì)算模型。將模型的熱導(dǎo)

4、率計(jì)算值與本文所用的TiO2-氨水納米流體的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值、文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)值以及經(jīng)典模型的計(jì)算值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)所提出的模型得出的計(jì)算值更接近于本文所用TiO2-氨水納米流體的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值以及文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　(2)TiO2-氨水納米流體動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)和對(duì)流換熱特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建:設(shè)計(jì)并搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)共分為兩個(gè)主要部分:一是動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)部分，二是對(duì)流換熱特性實(shí)驗(yàn)部分。動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)部分主要用來探尋TiO2-氨水納米流體在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的分散穩(wěn)定性以及

5、物性的變化，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為閉式管路通道，由水泵提供流體的循環(huán)動(dòng)力。對(duì)流換熱部分為套管，管內(nèi)外流體逆流換熱。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的管材全部為不銹鋼，防止受氨水腐蝕。
　　(3)TiO2-氨水納米流體動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中穩(wěn)定性以及物性變化實(shí)驗(yàn):分別讓顆粒濃度為0.1％wt、0.2％wt、0.3％wt和0.5％wt的TiO2-氨水納米流體（每一種濃度對(duì)應(yīng)加與不加分散劑兩種情況）連續(xù)72小時(shí)不間斷的在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，并在運(yùn)轉(zhuǎn)剛開始時(shí)放出一部分液體靜置。每隔3小時(shí)

6、分別測(cè)量動(dòng)態(tài)流體和靜態(tài)流體的吸光度、粘度和表面張力的值。對(duì)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TiO2-氨水納米流體在動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其吸光度在不斷降低，但總體降低的速度比靜態(tài)流體慢很多，也即動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性要比靜態(tài)穩(wěn)定性好很多。且動(dòng)態(tài)流體穩(wěn)定機(jī)制與靜置流體的穩(wěn)定機(jī)制并不一樣。超聲能夠有效改善TiO2-氨水納米流體的分散效果，但是在超聲作用完成后納米顆粒的沉降速度與超聲作用之前并沒有很大差別。粘度在整個(gè)動(dòng)態(tài)過程中呈現(xiàn)一定程度的降低但是整體降低的幅度不大，

7、且在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)過程中是在一定幅度內(nèi)波動(dòng)的。無論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)的TiO2-氨水納米流體，表面張力在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的72小時(shí)內(nèi)變化不大，但是添加分散劑能有效降低TiO2-氨水納米流體的表面張力。
　　(4)TiO2-氨水納米流體對(duì)流換熱特性實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)利用熱電偶測(cè)量換熱器管內(nèi)外流體的進(jìn)出口溫度，使用電磁流量計(jì)測(cè)得管內(nèi)外流體的流量，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用威爾遜圖解法處理，得到不同流體的對(duì)流換熱系數(shù)。利用已知對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的水來校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用本實(shí)驗(yàn)臺(tái)