納米強化氨水發(fā)生過程機理分析

1、低溫與超導(dǎo)第44卷第5期制冷技術(shù)RefrigerationCryo＆SupercondVo144No5納米強化氨水發(fā)生過程機理分析李彥軍，杜塏，江巍雪(1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京210096；2江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，南京210007)摘要：提出一種可以直接測試有、無納米氨水溶液氨氣發(fā)生量的氨水納米降膜發(fā)生實驗裝置，通過有、無納米的氨水溶液對比實驗，發(fā)現(xiàn)添加合適納米顆粒能夠增加氨氣發(fā)生率。結(jié)合氨水納米溶液降膜發(fā)生過程試驗結(jié)果，

2、以及前人關(guān)于納米顆粒強化傳熱傳質(zhì)方面的研究，分別從納米粒子的微運動、界面效應(yīng)、Marangoni效應(yīng)、納米流體物性等方面進行強化發(fā)生機理分析，證明納米流體的粒子微運動和納米流體的物性是納米流體強化氨水降膜發(fā)生的兩大主要因素。關(guān)鍵詞：吸收式制冷；氨水；納米流體；降膜發(fā)生；機理分析DOI：1016711／j1001—7100201605012Mechanismanalysisonperformanceenhancementofammonia

3、——waterfallingfilmgenerationbynanofluidLiYa~un。DuKaiJiangWeixue(1SchoolofEnergyandEnvironment，SoutheastUniversity，Naming210096，China；2JiangsuProductQualityTesting＆InspectionInstitute，Nanjing210007，China)Abstract：Thispape

4、rpresentedafallingfilmgeneratingtestbenchfortestingammoniavaporgenerationratewith／withoutnanoparticles，inwhichammonia—waterwasusedasworkingfuidThecomparativeexperimentswereconductedtostudythein—fluenceofnanoparticlesonge

5、nerationamountofammoniavaporExperimentalresultsshowthatthetestbenchcanmeasurethegenerationamountofammoniavapordirectly，andthegenerationrateofammoniavaporcanbeimprovedbyaddingthepropertypeandmassfractionofnanoparticlesina

6、mmonia—waterConsideringtheexperimentalresultsandthepreviousstudiesonen—hancementofheatandmasstransferbyaddingnanoparticles，strengtheningmechanismwasanalyzedfromthemicro—motionofnanoparticles，interfaceeffect，Marangonieffe

7、ctandthepropertiesofnanofluids，etcAnalysisresuhsprovethatthemicro—no—tionandpropertiesofnanofluidsarethetwomainpositivefactorswhenstrengthentheprocessofammoniafallingfilmKeywords：Absorptionrefrigeration，Ammonia—water，Nan

8、ofluids，F(xiàn)allingfilmgeneration，Mechanismanalysis1引言因全球氣候變暖和大氣臭氧層的破壞，使得氟里昂制冷系統(tǒng)中部分氟氯烴類制冷劑系統(tǒng)的替代工作提上議事日程，這給當(dāng)代制冷工作者提出了前所未有的挑戰(zhàn)。氨作為天然制冷劑，其全球變暖潛能值(GWP)以及臭氧消耗潛能值(ODP)均為零，且氨水吸收式制冷機在利用低品位熱源、保護大氣環(huán)境以及節(jié)能、降耗等方面都重新展現(xiàn)出其優(yōu)異特性。近年來，隨著納米流體的興起，

9、諸多研究者為解決吸收式制冷系統(tǒng)熱力系數(shù)低、設(shè)備龐大等不足時，開始著手將氨水納米流體應(yīng)用于吸收方面的研究，并取得了喜人的成果。有關(guān)納米顆粒強化傳熱傳質(zhì)機理方面的研究，部分學(xué)者得出以下結(jié)論：韓國慶熙大學(xué)的Jin—KyeongKim等分別在氨水中添加Cu、CuO和A1，O三種氨水基納米流體對氨泡狀吸收的強化作用，得出納米強化氨水鼓泡吸收的原因為“掠過效應(yīng)(grazingeffect)”。匈牙利潘諾利亞大學(xué)的EndreNagyl6等用亞硫酸鈉氧

10、化法測試的正十六烷納米液滴對O，的吸收速率與其提出的均相和非均相數(shù)學(xué)模型基本吻合。他們認(rèn)為納米顆粒的收稿日期：2016—03—17基金項目：國家自然科學(xué)基金(51176029、51476026)資助。作者簡介：李彥軍(1978一)，男，博士，研究方向為空氣調(diào)節(jié)與制冷新技術(shù)。第5期制冷技術(shù)Refrigeration53工質(zhì)為氨水或氨水納米溶液，故測試系統(tǒng)中與氨氣或氨水接觸的實驗裝置、連接管、附屬材料均選用不銹鋼材料。實驗系統(tǒng)主要由發(fā)生裝置

11、、鼓泡吸收裝置、加熱裝置、冷卻裝置和測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。22實驗過程及數(shù)據(jù)處理221實驗過程實驗流程如下：(1)分別對配液罐和稀溶液罐進行稱量。(2)將配液罐和稀溶液罐接人降膜發(fā)生系統(tǒng)，并打開計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。(3)對降膜發(fā)生系統(tǒng)抽真空，充入氨氣，使系統(tǒng)處于試驗工況的壓力(P=02MPa)條件下。(4)將待發(fā)生的溶液裝入濃溶液罐后，取下稀溶液罐并進行稱重標(biāo)記。(5)打開熱水系統(tǒng)對濃溶液罐內(nèi)部溶液進行預(yù)熱。待濃溶液罐內(nèi)達到預(yù)熱溫度后

12、，開始降膜發(fā)生實驗。(6)實驗結(jié)束后，關(guān)閉各閥門及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將稀溶液罐從系統(tǒng)中拆下并稱量標(biāo)記。(7)待降膜系統(tǒng)清洗后，重新將同樣體積的對比實驗溶液充人配液罐，重復(fù)步驟(1)一(6)，開始下一次對比實驗。222數(shù)據(jù)處理和計算為檢驗降膜發(fā)生效果，實驗定義了降膜發(fā)生量，在相同實驗工況前提下通過對比降膜發(fā)生量的大小，來分析氨水溶液中添加納米顆粒是否會強化降膜發(fā)生的效果。稱量降膜發(fā)生實驗前后溶液質(zhì)量，溶液質(zhì)量的減少量即為降膜發(fā)生過程的氨氣發(fā)生

13、量：mg=mii—mn(1)式中：m一氨氣的降膜發(fā)生量，g；m一發(fā)生前濃氨水質(zhì)量，g；m一發(fā)生后稀氨水質(zhì)量，g。為了表示發(fā)生效率高低，定義了發(fā)生率和有效發(fā)生率，見下式(2)：i：一mg(2)r式中：i一發(fā)生速率，g／s；m一氨氣的降膜發(fā)生量，g；一降膜發(fā)生有效時間，S。t‘eff：≥(3)L。j)式中：i一相對發(fā)生率；i一氨水納米流體的發(fā)生速率，g／s；i一純氨水的發(fā)生速率，g／s。為了減少因?qū)嶒灉y量誤差引起的測試數(shù)據(jù)的較大偏差，每組實

14、驗數(shù)據(jù)，均采用多次重復(fù)實驗的辦法。在最后進行數(shù)據(jù)處理時，采用多次測量值的平均值作為最終的評價數(shù)據(jù)。3實驗結(jié)果與討論圖2和圖3給出氨水和不同納米種類的氨水納米溶液發(fā)生率和有效發(fā)生比問的對比。測試工況如下：采用氨水初始濃度為30％，納米顆粒濃度分別為01％，溶液進口流量選為0125kg／mS)，靜納米種類圖2不同納米顆粒種類的溶液發(fā)生速率Fig2Thegenerationrateofdifferenttypeofnanoparticles甜