氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、針對利用低品位熱能驅(qū)動的氨水吸收式制冷機(jī)組，由于性能系數(shù)較低、設(shè)備龐大笨重等缺點(diǎn)而制約了其廣泛應(yīng)用。本文采用工程熱物理領(lǐng)域目前較為流行的納米流體技術(shù)，即以一定的方式和比例向氨水中添加納米顆粒，形成均勻分散的氨水納米溶液，將其應(yīng)用于氨水吸收式制冷系統(tǒng)中的降膜發(fā)生過程，研究納米顆粒對氨水降膜過程是否存在強(qiáng)化發(fā)生的效果。本文主要從氨水納米溶液的制備與特性研究、氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究、納米顆粒強(qiáng)化氨水納米溶液降膜發(fā)生機(jī)理分

2、析等幾個方面展開，主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1).氨水納米溶液的制備與特性研究。文中介紹了一種氨水納米溶液的優(yōu)化制備方法，在適用于常溫工況的氨水納米溶液穩(wěn)定性研究基礎(chǔ)上，研究了高溫處理對納米溶液分散穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明:在納米顆粒種類試驗(yàn)范圍內(nèi)，高溫處理對含表面活性劑的納米溶液分散穩(wěn)定性有弱化作用，對自分散良好的納米溶液有強(qiáng)化分散效果。同時，本文探究了陰、陽離子表面活性劑復(fù)配氨水納米溶液的穩(wěn)定性和表面張力特性，試驗(yàn)結(jié)果表

3、明:陰、陽離子表面活性劑在適當(dāng)復(fù)配比例下，能夠有效地改善氨水納米溶液的分散穩(wěn)定性和降低溶液表面張力。
　　2).氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的數(shù)值模擬。本文提出了適合氨水納米溶液的物性參數(shù)計(jì)算方程，建立了較為符合實(shí)際且便于求解的氨水納米溶液降膜發(fā)生熱質(zhì)耦合的數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散求解，得到了納米顆粒濃度和氨組分濃度對氨水納米溶液物性參數(shù)的影響規(guī)律，同時得到了管外液膜內(nèi)的速度場、溫度場、濃度場、液膜厚度、界面質(zhì)量流率分布和界面

4、熱量流率分布等降膜發(fā)生試驗(yàn)無法直接測得的過程參量。模擬結(jié)果表明:氨水納米溶液降膜發(fā)生過程中氣液界面上的熱質(zhì)傳遞均主要由擴(kuò)散項(xiàng)決定。
　　3).氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的試驗(yàn)研究。通過氨水納米溶液降膜發(fā)生系統(tǒng)試驗(yàn)，研究了納米顆粒的種類和濃度、氨水納米溶液的進(jìn)口流量和氨組分濃度、發(fā)生壓力等因素對降膜發(fā)生傳熱傳質(zhì)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:五種納米顆粒均有一定的強(qiáng)化發(fā)生效果，其中ZnFe2O4-氨水納米溶液的發(fā)生速率和有效發(fā)生比最高，發(fā)生

5、性能效果最好，有效發(fā)生比為1.44，炭黑、TiN、SiC和γ-Al2O3納米溶液的強(qiáng)化發(fā)生效果依次遞減;在納米顆粒濃度試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著納米顆粒濃度的增大，氨水納米溶液的發(fā)生效果呈現(xiàn)先增后減的趨勢，在納米顆粒濃度為0.3％時達(dá)到最佳值，有效發(fā)生比為1.85;在氨水初始濃度試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著氨水初始濃度的增大，純氨水和氨水納米溶液的發(fā)生速率均有上升的趨勢，但氨水納米溶液的有效發(fā)生比卻隨之減小;在溶液進(jìn)口流量試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著溶液進(jìn)口流量的增大，

6、氨水納米溶液和純氨水的降膜發(fā)生效果均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，在溶液進(jìn)口流量為12.7g/(m.s)時降膜發(fā)生速率達(dá)到最大，但氨水納米溶液的有效發(fā)生比在溶液進(jìn)口流量為9.6g/(m.s)時達(dá)到最佳，有效發(fā)生比為1.38;在發(fā)生壓力試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著降膜發(fā)生器主體壓力的增大，純氨水和氨水納米溶液的發(fā)生速率均有下降的趨勢，但氨水納米溶液的有效發(fā)生比卻隨之增大。
　　4).納米顆粒強(qiáng)化氨水降膜發(fā)生過程的機(jī)理分析。結(jié)合氨水納米溶液降膜發(fā)生過程的模