氧化石墨烯納米流體液滴在聲懸浮條件下的成核及液固相變特性研究.pdf

1、蓄冷技術由于能夠實現(xiàn)電力負荷的“移峰填谷”而成為電力需求側管理的一項有效措施。但大多數(shù)相變材料的過冷度較高，導致制冷機組的能效比較低。納米流體作為新型的蓄冷材料，在相變過程中能夠消除或減弱過冷現(xiàn)象受到了人們的廣泛關注。然而，納米流體的過冷度或相變實驗通常在試管、燒杯等容器中進行，容器壁面及其表面附著的雜質與納米粒子一樣也會促進成核，從而無法判斷這種成核到底是誰的貢獻，無法明確納米粒子的真正成核效果。為了排除容器壁面及雜質等因素的影響，本

2、文采用聲懸浮技術研究了氧化石墨烯納米流體的液固相變特性。主要研究內容及結果如下：
　?、俨捎贸暡〝嚢璧姆椒ㄖ苽淞搜趸┘{米流體。靜置觀察、粒徑及Zeta電位測量和透射電子顯微鏡實驗結果均表明，氧化石墨烯納米流體的分散穩(wěn)定性非常好。
　?、诓捎寐晳腋〖夹g研究了去離子水液滴的液固相變過程，結果表明，隨著冷卻速率的增加，去離子水液滴的過冷度逐漸增大；同時，分析了聲場對去離子水液固相變特性的影響，認為由聲場引起的液滴旋轉、形態(tài)

3、振蕩及空化效應均有抑制過冷度的作用。
　?、鄄捎寐晳腋〖夹g研究了濃度為50mg/100ml的氧化石墨烯納米流體液滴的液固相變過程，結果表明，隨著冷卻溫度的降低，納米流體液滴的液相降溫時間逐漸縮短，過冷度逐漸增大，液滴完全凍結的時間也明顯縮短。同時，對比分析了在聲懸浮條件下氧化石墨烯納米流體液滴與去離子水液滴液固相變曲線，結果表明，氧化石墨烯納米粒子能夠減小過冷度。
　?、芾碚撚嬎懔巳ルx子水的均質成核率和氧化石墨烯納米流體的異

4、質成核率，結果發(fā)現(xiàn)，在無任何外界影響的情況下，去離子水想要結冰十分困難，成核率很??；納米流體的異質成核率遠遠大于去離子水的均質成核率；納米流體的異質成核率隨濃度及過冷度的增加而增大。
　?、萃ㄟ^分析發(fā)現(xiàn)聲懸浮條件下氧化石墨烯納米流體液滴過冷度的抑制機理如下:首先，氧化石墨烯納米薄片具有促進納米流體異質成核的作用。通過異質成核理論計算了氧化石墨烯納米薄片有效成核的條件，并通過實驗驗證了納米薄片能夠有效促進異質成核的發(fā)生；其次，聲場引

5、起的納米流體液滴的旋轉及其表面的振動能夠起到抑制過冷度的作用。由于納米流體液滴旋轉和振動時將引入促使納米流體液滴克服成核勢壘的外界能量，從而可使納米流體液滴能夠提前進入成核階段；再者，空化效應具有促進納米流體液滴成核結晶的作用。在聲場的作用下，納米流體內部的微小氣泡將會發(fā)生空化效應，空化氣泡破裂時將會引起氣泡壁處的納米流體承受瞬時高壓，該瞬時高壓可使氣泡壁處的納米流體具有局部過冷度。通過Clausius-Clapeyron方程計算得出空

6、化效應發(fā)生時產生的局部過冷度較大且極易促進成核結晶過程的發(fā)生。同時，認為發(fā)生空化效應時遺留下的薄層冰可以作為進一步異質成核的基底，能夠起到促進納米流體液滴成核結晶的作用；此外，聲輻射壓對納米流體液滴過冷度也有很大影響，聲輻射壓越大，發(fā)生空化效應的氣泡越多，促進納米流體發(fā)生成核的幾率就越大，抑制過冷度的效果越佳。
　　本文的研究成果對深入了解氧化石墨烯納米流體作為新型相變蓄冷材料具有重要的學術價值，同時，也為研發(fā)高效節(jié)能的相變蓄冷材