聲懸浮裝置的研發(fā)及其在納米流體過冷度研究中的應用.pdf

1、聲懸浮作為一種重要的無容器處理技術,可以獲得持續(xù)穩(wěn)定的微重力環(huán)境,可用于材料的相變特性和流體物性測量等領域的實驗研究。聲懸浮的優(yōu)點是對懸浮樣品無電磁學要求,不產(chǎn)生明顯的熱效應,能懸浮液體相變材料。納米流體作為新型的相變蓄冷材料,受到了人們的廣泛關注,納米流體的相變特性分析也成為了人們的一個重要研究方向。本文通過對聲懸浮基本理論的分析和過冷實驗的要求,設計及優(yōu)化了超聲懸浮裝置和懸浮液滴凍結用制冷裝置,并實驗分析了不同條件下氧化石墨烯納米流

2、體的過冷特性,取得的具體成果有:
　　通過對聲懸浮原理進行分析,確定了聲懸浮的裝置的頻率、換能器類別等基本參數(shù),在分析超聲懸浮性能影響因素時發(fā)現(xiàn),實驗范圍內(nèi)的溫度改變,會影響樣品的穩(wěn)定性,這就需要在降溫過程中,需要調(diào)節(jié)超聲發(fā)射端與反射端的間距,維持樣品的穩(wěn)定懸浮。為了提升懸浮性能,對聲懸浮反射端曲率做了優(yōu)化,作為裝置的調(diào)試,對調(diào)諧方法做了闡述,并獲得了穩(wěn)定的樣品懸浮效果,能夠長時間穩(wěn)定懸浮6-8mm直徑的液滴。通過調(diào)制,也可以使懸

3、浮液滴產(chǎn)生周期性振蕩,為研究懸浮液滴的表面特性提供了條件。
　　為分析氧化石墨烯納米流體的過冷特性,設計并組建了制冷系統(tǒng)。聲懸浮裝置放置在低溫恒溫箱內(nèi),恒溫環(huán)境避免了因懸浮溫度場不均引起的液滴抖動或失穩(wěn)。溫度和圖像信號采集均放置在箱體內(nèi),減少了外界引入的擾動。在過冷特性環(huán)節(jié),實驗分析了超聲分散時間、氧化石墨烯納米顆粒濃度、亞穩(wěn)態(tài)下超聲擾動功率和懸浮狀態(tài)對過冷度、相變時間的影響。實驗結果表明:濃度為50mg/100ml的氧化石墨烯納

4、米流體在超聲分散150min時,相變時間最短,過冷度最低;施加不同功率的超聲擾動,樣品的相變時間和相變過冷度均大大減小,并且在超聲擾動功率為90w時,相變時間最短,過冷度最低;對0-50mg/100ml不等濃度的納米流體施加90w的超聲擾動,發(fā)現(xiàn)濃度為50mg/100ml的納米流體相變最迅速,所需過冷度最小;聲懸浮狀態(tài)下,氧化石墨烯納米流體的過冷度相比容器盛裝狀態(tài)下要大一些,去離子水和50mg/100m的氧化石墨烯納米流體的過冷度分別增