纳米流体沸腾传热研究进展
纳米流体研究进展_李云翔
doi ：10.3969/j.issn.2095-4468.2013.04.111 纳米流体研究进展 李云翔，解国珍*，安龙，田泽辉 （北京建筑大学，北京 100044） [摘 要] 本文综述了纳米流体的研究进展。1995年美国Argonne 国家实验室的 Choi 等提出将纳米级金属或非金属氧化物颗粒添加到换热工质中制备出新型换热工质“纳米流体”的方法，而且指出纳米流体的稳定性是纳米流体能否进行科学研究和实际应用的关键问题。纳米流体的导热系数、粘度等物性是反映介质流动与换热的关键因素。为使纳米流体成功地应用于工业实际，必须对其传热特性做深入研究。研究发现，目前诸多文献对纳米流体强化沸腾传热存在争议，部分研究成果证明纳米流体能强化传热，而另外的研究成果则认为纳米颗粒的添加非但不能强化传热甚至出现恶化现象。 [关键词] 纳米流体；导热系数；粘度；分散稳定性 Review on Research of Nanofluid LI Yun-xiang, XIE Guo-zhen *, AN Long, TIAN Zei-hui (Beijing University of Civil Engineering and Arthitecture, Beijing 100044, China) [Abstract] The research status of nanofluid was reviewed in the present study. Nanofluid was firstly proposed by Choi et al. of U.S. Argonne National Laboratory in 1995, and it was prepared by adding nanoscale metal or nonmetal oxide into heat transfer fluid. Choi et al. also pointed out that, the stability of nanofluids is the key factor for scientific research and practical application. The thermal conductivity coefficient, viscosity and other physical properties of nano-fluids are the key factors reflecting the flow and heat transfer characteristics. In order to successfully apply nanofluids in industrial practice, the heat transfer chacteristics of nanofluids should be investigated deeply. The existing researches show that, the enhancement effect of nano-fluids is controversial; some research results show that nanofluids may enhance the heat transfer, while some other research results show that there is deterioration effect rather than enhancement effect due to the presence of nano particles. [Keywords] Nanofluid; Thermal conductivity; Viscosity; Dispersivity and stability *解国珍（1954-），男，教授，博士。主要研究方向：制冷与空调设备关键节能新技术研究、CFCs 和HFCs 替代技术研究、纳米微粒对空调制冷系统流体特性影响研究等。联系地址：北京市西城区展览馆路一号北京建筑大学，邮编；100044。 基金项目：国家自然科学基金项目（编号：51176007）；北京供热、供燃气、通风与空调工程重点实验室资助。 0 前言 20世纪90 年代以来，随着能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域的飞速发展，使得传统的传热介质在传热性能等方面受到严重的挑战。研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。 1995年美国Argonne 国家实验室的Choi 等[1]提出将纳米级金属或非金属氧化物颗粒添加到换热工质中制备出新型换热工质“纳米流体”。由于金属及其氧化物的导热系数远大于液体，而且由于纳米颗粒的小尺度和强表面效应使得其在液体中能够稳定地分散，所以既使得传热工质的换热性能大大提高，也避免了传统微米级材料添加剂沉降造成管路阻塞等不良后果。 本文对目前国内外有关纳米流体研究的几个主要方向进行了概括，包括：纳米流体稳定性的研究、纳米流体物性的研究、纳米流体传热特性的研究，其中既包括实验方面的研究进展也对纳米流体物性以及传热特性的理论研究进行了系统的总结。一方面，这对纳米流体在工业生产中的应用起到参考和提示的作用；也对分析相关实验现象及数据给出合理的解释具有指导意义，对探寻纳米流体传热的物理机制及建立相关模型给出借鉴。另一方面，通过综合考虑目前的研究进展可看出这个领域存在的缺点和不足，以便于对后续的研究提供一定的指导作用。 1 纳米流体的稳定性 为了制备热物理性优良的纳米流体，首先要研究纳米流体的稳定性。美国Argonne 国家实验室KeblinskI 等人[2]指出纳米流体的稳定性是纳米流体 45
纳米流体研究进展
纳米流体研究进展 摘要：纳米流体作为一种新型换热工质展现出异常良好的换热性能和良好的稳定性目前，人们对于纳米流体的研究还不够深入，纳米流体各种特性的机理尚不清楚。进一步开展纳米流体各种特性的机理研究，有助于加深人们对纳米流体的认知，能够促进纳米流体的工程应用，是非常有意义的工作。本文综述了纳米流体制备、纳米流体的稳定性、传热特性、导热系数研究进展。并对其在应用上作出了展望。 关键词：纳米流体；稳定新；传热特性；导热系数 1引言： 随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。随着纳米科学与技术的进步，纳米尺度材料和技术越来越多地进入强化传热工作者的视野。1995年美国Argonne国家实验室的Choi等[1]率先提出了纳米流体的概念。所谓纳米流体，是指以一定的方式在液体介质中添加纳米粒子或纳米管而形成的悬浮液。纳米流体与传统换热介质相比，在增强传热方面有着优良的特性。研究表明：纳米流体能显著提高传统换热介质的导热系数[2]。此外纳米流体在氨水鼓泡吸收实验中也表现出了很好的强化氨气吸收效果。制备导热系数高、换热性能好、传质效果强的纳米流体也必定会促进其在能源、化工、微电子、信息等领域的发展[3]。纳米流体概念的提出给强化传热技术的研究带来了新的希望。开展纳米流体强化传热机理研究，搞清楚影响纳米流体强化传热的主要因素，对于促进纳米流体在传热领域的应用有重要的意义。基于此，本文主要从纳米流体制备、纳米流体的稳定性、传热特性、导热系数等方面的最新进展及存在的问题进行叙述。 2纳米流体的制备 关于纳米流体的制备，己有许多相关综述可以参考，文献中采用的制备方法主要有两步法和一步法[4, 5]： 两步法是最为便利、经济的制备方法。纳米粉体工业已经较为成熟，可以通过物理或化学方法制备出金属或非金属的纳米颗粒、纳米管等纳米材料。两步法是指直接将纳米粒子分散到基液中的方法。首先，通过气相沉积法、化学还原法、机械球磨法或其它方法制备出纳米粒子、纳米纤维或纳米管，然后通过超声波振动、添加活性剂或分散剂、改变溶液pH值的方法，使纳米颗粒均匀地分散到基
纳米流体池沸腾传热特性研究
纳米流体池沸腾传热特性研究 随着现代工业的蓬勃发展,高热流密度换热设备的高效冷却问题倍受关注。这一问题亟须解决,大大推动了纳米流体沸腾传热这一领域的发展,很多国内外 学者都对此展开了相关研究,目前已有部分成果得以实际应用。 本文对不同重力环境下水基γ-Al2O3纳米流体的传热特性进行了实验研究。本文成功搭建了纳米流体配制台和纳米流体池沸腾实验系统,并对实验系统的可靠性和重复性进行了验证。 本文在直径分别为0.03mm和0.05mm的铂丝上进行了常重力和过载下的池沸腾传热特性实验研究。实验研究的主要目的是获得池沸腾传热特性规律以及分析纳米颗粒浓度、分散剂浓度、铂丝直径及过载这些因素对传热特性的影响。 实验中铂丝的合过载范围为0–3.0g,压力为1bar,纳米颗粒浓度为0– 0.01wt%,分散剂SDBS的浓度为0–0.5wt%。根据常重下获得的实验数据,对纳米颗粒浓度、分散剂浓度和铂丝直径对纳米流体池沸腾传热特性的影响规律进行了分析。 实验结果表明沸腾传热系数随着纳米颗粒浓度的增加先得到强化然后恶化,而CHF随着浓度的增加持续增加;分散剂的添加会在加热丝表面形成烧结层,恶 化了CHF,且随着浓度的增加而恶化程度增加;小尺寸0.03mm铂丝在低热流密度 区的传热系数要高于0.05mm的铂丝,而在高热流密度得到相反的结论,这与气泡的扰动特性有关。本文进行了过载下纳米流体的沸腾传热实验研究,实验结果表明,过载对纳米流体的传热特性有一定的影响,不同浓度的纳米流体在相同过载 下的CHF得到类似于常重的传热特性,但降低了纳米流体的最佳浓度;同一浓度 纳米流体的传热系数和CHF随着过载增加的的变化规律得到不一致的结论,仍需
纳米流体传热性能研究进展与问题
纳米流体传热性能研究进展与问题 李新芳，朱冬生 华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室, 广州 510641 E-mail xtulxf@https://www.wendangku.net/doc/933566703.html, 摘要：介绍了纳米流体的制备技术，重点阐述了纳米流体传热性能特异性研究进展和存在的问题，同时对今后纳米流体研究的发展方向提出了展望。 关键词：纳米流体；制备；传热性能 1. 引言 随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出[1,2]，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子。由于固体粒子的导热系数比液体大几个数量级，因此，悬浮有固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大得许多。自从Maxwell 理论发表以来，许多学者进行了大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论和实验研究，并取得了一些成果。然而，这些研究都局限于用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，由于这些毫米或微米级粒子在实际应用中容易引起热交换设备磨损及堵塞等不良结果，而大大限制了其在工业实际中的应用。 自20世纪90年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等[3]提出了一个崭新的概念－纳米流体：即将1~100nm的金属或者非金属粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性研究。研究表明[4-6]，在液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数，提高热交换系统的传热性能，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景。由于纳米材料的小尺寸效应，其行为接近于液体分子，不会像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果。因此，与在液体中添加毫米或微米级粒子相比，纳米流体更适于实际应用。 总之，由于纳米流体在各类科学研究和工程技术部门能够产生新的变革，加上它的运动方式新颖、能耗小、无污染和使用范围广等特点，因此受到人们极大关注。目前我国和世界上许多国家都在积极的开展这项研究，有关其基础理论和应用等方面的报道越来越多。本文简要介绍了纳米流体的制备，重点论述了纳米流体传热性能特异性研究的进展和存在的问题。 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(No.20050561017)和教育部新世纪优秀人才支持计划(No. NCET-04-0826)项目资助. - 1 -
气液两相流和沸腾传热.pdf0
第一章绪论 第一节两相流及其定义 异质物体或系统中，各存在分界面的独文物质称之为相。众所周知，自然界常见酌物质有三相，即固相+液相和气相。因此，由任意两种存在分界试坤独物质组成【十体或系统 都称之，为两相物体或两相表统。树如，水和己的撮合物为一种两相物体，因为水和卸：都是存 在分界面的独立物质。但是，'盐水浴液是一种单相物体，田为在此溶液中盐和水之间无分界 面，盐和水不居两种独立存在的物质。 两相物体的流动称为两相流。在两相城中，两相之闻不仅存在分界面，面且进一公界面是随者派动在不断变化的。因此，两相觥可定义为存在变动外界面的两种狡文物质组成的物体的 . 流动。气体和固体耦粒洇合物的流动为一种两相流，因为在此甜动表统中不仅存在两种独立 物质，而且这两种物质之间的分界面是随流动面变化的。 根据两相流的定义，可以将两相褓大致分为如下三类，气体和液体共同流动时气筱两相流，气体和固体耦】位共同流动的气团两相流·液体和固体解放共同流动的液固两相流。忱 外，两种不同组分液体的共同流动也届于两相流范辟， 本书主要讨论气液两相流的流体动力学和悦据传热问题。 气踺两相流根据物质组分的不同又可分为两种。由同一组分枸顶种相组成髀气液两相流称为单组分】液两相舐，例如由木鼓汽和水构成的两相硫。由不同组士的两种相组成肿气踺 两相硫称为】组公气液两相流，例如由空气卸水构成的气淹两相流。在不监生相变的流动过 程中，单组分两相流和】煳i分两相流适用同样的物理规铮，因而可通称为气液两相硫。 棣揖散热惜晚的不同，气密两相硫还可公为绝热气淹两相掀和有热弈换酌气密两相硫。 当存在热交投时，在单组分气筱两相部中伴随菹流动含线工质的相交。 两·相铈这一术语在本世纪30年代苜光出现于美国的一些研究生论文中。l945年，苏碟苜先将毡一来语应用于正式出版的学术刊物上。 莫+ 苏、银三国在本世纽20年代已''开始了气淹两相硫的研究工作，日本姑子即年代，我国在60年代也开始了这方面的研究工：，ff；·。' 总的来说，气被两相硫的研究历史较短，它是一门 年轻的大有发思前逮脾单科。 第二节气液两相流和传热学科的进展与工程的关系 气淹两相涨体的雅动工况在动力，化工、按酯、制冷、石油，冶金等工业中经徐迪到。 】这些工业的具有热弈换的设备中还存在两相硫体酌传热问题。例如，在核电站和火力发电 姑中的各种部聘管、各式气雅混合器，气液分离器、各种热交换鹊、楫饬, 化学反拉俊各， -I- PDF 文件使用”pdfFactory Pro 试用版本创建
纳米流体及纳米表面的管内对流强化传热
纳米流体及纳米表面的管内对流强化传热 宏观尺度强化传热技术的发展已达到一定高度,并接近饱和；微米／纳米尺度的新技术、新材料、新方法能够提供宏观尺度下难以实现的优势,已经成为强化传热学科纵深发展的新动力。本文的研究目的是,通过采用微米／纳米尺度的强化传热技术,对管内单相对流换热及流动沸腾换热的基本物理现象及其强化机理有更深入的理解,以为新型微纳结构强化技术的开发提供数据支持与理论指导。 本文的基本内容是以纳米流体的单相对流换热为出发点,探究纳米流体与传热界面的相互作用,基于纳米流体对传热表面的改造机理,将研究扩展到纳米表 面的微细通道流动沸腾换热。本文首先对纳米流体和微纳结构工程表面的研究现状作了详尽的综述和分析,从中发现若干主题亟待研究：纳米流体的混合对流、一步法纳米流体对流换热、活性剂对换热的影响、纳米工程表面运用于微细通道沸腾传热。 对于纳米流体在大管径横管内的混合对流,本文系统地研究了二氧化硅纳米颗粒原生粒径、颗粒体积浓度、基液粘度和普朗特数等参数对于管内层流混合对流换热的影响,纳米流体混合对流换热相对于基液出现了恶化,采用混合对流判 别数和均相模型统一解释了纳米流体的混合对流传热特性。采用一步湿化学法制备了较大量稳定的二氧化硅纳米流体,在细通道内分别就其层流、湍流、混合对流进行了对流换热系数的测试,考虑热物性的改变后,其对流换热系数可以用传 统的关联式预测,并不存在奇异的强化效应。 一步法纳米流体无需使用表面活性剂,然而两步法必须采用活性剂才能稳定,这将对实验产生干扰。本文通过实验论证了表面活性剂SDBS对于细通道内流动沸腾换热的影响,活性剂溶液的表面张力大大降低,可以减小沸腾换热中汽泡的
(完整word版)关于表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展
关于表面活性剂对水基纳米流体特性影 响的研究进展 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 在能量传递研究及应用技术方面，纳米流体作为一种新型换热工质已获得关注。目前，关于纳米流体，主要从其制备、稳定性、热物性及传热传质等方面研究。稳定的纳米流体是进行各种研究及应用的基础。由于悬浮于流体中的纳米粒子有热力学不稳定性、动力学稳定性和聚集不稳定性的特点，因此如何保持粒子在液体中均匀、稳定地分散是非常关键的问题。常用的纳米流体分散技术里表面活性剂对纳米流体特性的影响是研究的热点之一。 表面活性剂的分子结构具有不对称性，即亲水性的极性基团和憎水性的非极性基团。根据其在水中能否电离将其分为离子型和非离子型表面活性剂，根据离子型表面活性剂生成的活性基团，又将其分为阴离子和阳离子表面活性剂。纳米流体中表面活性剂的选择主要考虑基液、表面活性剂的种类和浓度。在水基纳米流体中，常见的表面活性剂有阴离子型的十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子
型的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、非离子型的辛基苯酚聚氧乙烯醚(OPE)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。表面活性剂对纳米流体特性的影响主要从种类和浓度来考虑。针对已有的研究，总结和分析表面活性剂对纳米流体稳定性和热物性影响的实验研究，并从机理对其进行更深层次的研究。同时针对目前的研究现状，提出了未来相应的研究方向。 1 表面活性剂对流体稳定性的影响 表面活性剂对纳米流体稳定性起着重要作用。已发表的文献中，重点研究其种类和浓度对纳米流体稳定性的影响。由于影响纳米流体稳定性的因素非常多，各因素之间的相互影响不同，实验所得的研究结果存在一些差异。 李金平等提出了水基纳米流体中选择表面活性剂的一些建议，研究了表面活性剂聚乙烯醇(PV A)和SDBS 对Cu、Ag 和TiO2纳米粒子悬浮液分散稳定性的影响，得出PV A、SDBS 及两者的混合能够使Cu、Ag 纳米流体稳定悬浮，而不能使TiO2纳米流体保持1h 以上的稳定悬浮。作者分析认为TiO2纳米流体中粒子吸收光能后，在表面生成的两种化学性质很活泼的自由基抑制了表面活性剂的吸附，即表面活性剂在粒子表面没有发挥作用。PV A 和SDBS 的混
沸腾传热
沸腾传热 开放分类：物理、热量 沸腾传热 boiling heat transfer 热量从壁面传给液体，使液体沸腾汽化的对流传热过程。化工生产中常用的蒸发器、再沸器和蒸气锅炉，都是通过沸腾传热来产生蒸气的。 类型按液体所处的空间位置，沸腾可以分为：①池内沸腾。又称大容器内沸腾。液体处于受热面一侧的较大空间中，依靠汽泡的扰动和自然对流而流动。如夹套加热釜中液体的沸腾。②管内沸腾。液体以一定流速流经加热管时所发生的沸腾现象。这时所生成的汽泡不能自由上浮，而是与液体混在一起，形成管内汽液两相流。如蒸发器加热管内溶液的沸腾。 机理沸腾传热与汽泡的产生和脱离密切相关。汽泡形成的条件是:①液体必须过热;②要有汽化核心。这些条件是由汽泡与周围液体的力平衡和热平衡所决定的。根据表面张力，可算出汽泡内的蒸气压力pv 为： 式中pe为周围液体的压力,忽略液柱静压时,即为饱和蒸气压ps；σ为汽液界面张力；R为汽泡半径。由于pv>ps，汽泡内蒸气的饱和温度Tv必然大于与ps对应的饱和温度Ts。汽泡周围的液体若要汽化进入汽泡，则它的温度Te必须大于或至少等于汽泡内蒸气的饱和温度，即Te≥Tv。从上式可知，当R=0时，pv将趋于无限大。因此在一个绝对光滑的平面上是不可能产生汽泡的，必须有汽化核心。加热表面上的划痕或空穴中含有的气体或蒸气，都可作为汽化核心。紧贴这些核心的液体汽化后，形成汽泡并逐渐长大，然后脱离表面，接着又有新的汽泡形成。在汽泡形成与脱离表面时造成液体对壁面的强烈冲击和扰动，所以对同一种液体来说，沸腾传热的传热分系数要比无相变时大得多。常压下水沸腾时的传热分系数一般为1700～51000W/(m2·K)。 沸腾曲线池内沸腾根据过热度（加热壁面温度TW与液体饱和温度Tm之差,ΔT=TW-Tm）的大小,分为泡核沸腾和膜状沸腾（见图）。当过热度很小时，传热取决于单相液体的自然对流。当过热度增大时，汽泡不断在壁面上产生，并在液体中上升和长大,这对液体对流起着显著作用,称为泡核沸腾。此阶段中传热分系数h，随ΔT增大而明显上升。当过热度超过某临界值时，汽泡大量产生，在壁面连结成汽膜，称为膜状沸腾。在此阶段初期，汽膜不稳定，随时破裂变成大汽泡，离开加热面。随过热度的增大，汽膜渐趋稳定。由于汽膜的热导率很低，使传热分系数下降。当过热度很大时，辐射传热起了重要作用，使传热分系数重新上升。由于泡核沸腾具有传热分系数大和壁温低的优点，故工业设备中的沸腾传热多在此状况下进行。 影响沸腾传热的因素影响沸腾传热过程的因素很多，包括液体和蒸气的性质、加热面的表面物理性质和粗糙程度，尤其重要的是液体对表面的润湿性以及操作压力和温度差。在泡核沸腾范围内，温度差越大，传热分系数也越大。加热壁面粗糙和能被液体润湿时，也能使传热分系数增大。据此，将细小金属颗粒沉积于金属板或管上，制成金属多孔表面，可使沸腾传热分系数提高十几倍至几十倍。
纳米流体的合成及应用的研究进展
纳米流体的合成及应用的研究进展 纳米流体具有导电性、催化活性等特性，离子液体有宽电化学窗口和导电性，以两者合成的离子液体基纳米流体在生物医学、光催化、电化学等领域有着广阔的应用。本文介绍了纳米流体常用的两种制备方法，并讨论了各制备方法的优缺点。 标签：离子液体；纳米流体 纳米流体自20世纪90年代提出后广受关注，离子液体基纳米流体是离子液体及纳米材料在一定条件下用特定方法合成的复合物，不仅具有离子液体的性质，也具有纳米流体的性质。离子液体因其特性，能够对纳米粒子进行表面修饰，并且能够阻止纳米粒子团聚特性，为纳米流体的合成提供了新的研究方向，离子液体基纳米流体的研究逐渐被报导。目前较成熟制备纳米流体的方法有：一步合成法和两步合成法。 1 一步合成法 一步法是直接在纳米颗粒制备的同时把金属颗粒沉积到液体基质中。一步法中，纳米颗粒通过气相沉积制得再混溶于基液中。此方法制得的流体中纳米微粒稳定且粒径小，分散性好并不易团聚，不加分散剂也能长期稳定。能用在金属纳米流体的合成，但是此方法条件苛刻，要求在低蒸气压条件下且必须在流体介质中反应。此方法适用于对纯度要求高的少量產物合成，但是此法产量低且对设备要求高，不适合工业化生产。 2 两步合成法 两步法是将纳米微粒的制备与流体的合成过程分开首先，是目前比较普遍的合成方法。主要采用气相沉积法或别的方法如机械球磨法和化学还原法，将制备出的纳米颗粒，通过超声、搅拌、加入分散剂等其他方法，使纳米颗粒稳定、均匀地分散到基液中。由于纳米微粒制备的技术日趋完善已达工业化水平，使得两步法在工业中应用有明显优势。两步法合成纳米流体的缺点就是，制得的纳米流体不够稳定，还需要不断研究改善。 合成纳米流体后，需要对其稳定性、形貌、性质等进行表征。表征纳米流体的方法主要有：通过扫描电镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对纳米颗粒大小及形貌进行表征，此方法需要将纳米颗粒分离，在分离过程中会造成纳米微粒形貌改变以及因为分子间的范德华力发生团聚现场。利用分光光度计对纳米流体的吸光度表征，吸光度越大，纳米流体越稳定或紫外可见光光谱的最大吸收波长发生蓝移，纳米流体的颗粒越小，纳米流体越稳定。使用专业的纳米粒度仪，纳米流体稳定性越好Zeta电位的绝对值之差越大；利用纳米粒度仪对纳米流体的粒度大小进行测量，平均粒径较小的纳米流体较稳定。还可通过沉降分析、激光衍射等多种方法进行表征。
沸腾换热计算式
沸腾换热计算式 沸腾换热计算式 (1)大容器饱和核态沸腾 前面的分析表明，影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数，而汽化核心数又受到墨面材料及其表面状况、压力和物性的影响。由于因素比较复杂，如墨面的表面状况受表面污染、氧化等影响而有不同，文献中提出的计算式分歧较大。在此仅介绍两种类型的计算式：一种是针对某一种液体的；另一种是广泛适用于各种液体的。当然，针对性强的计算式精确度往往较高。 对于水,米海耶夫推荐的在105～4×106Pa压力下大容器饱和沸腾的计算式为 (3-4) 按q=h△t的关系,上式也可转换成 (3-5) 以上两式中 h:沸腾换热表面传热系数,W/(m2·K) p:沸腾绝对压力,Pa; △t:壁面过热度,℃; q:热流密度,W/m2。 基于核态沸腾换热主要是气泡高度扰动的强制对流换热的设想,推荐以下使用性光的实验关联式: (3-6) 式中 c pl:饱和液体的比定压热容,J/(kg·K); C wl:取决于加热表面-液体组合情况的经验常数; r:汽化潜热,J/kg; g:重力加速度,m/s2; Pr l:饱和液体的普朗数,Pr l=c plμl/k l; μl:饱和液体的动力粘度,kg/(m·s); ρl、ρv:饱和液体和饱和蒸汽的密度,kg/m3; γ:液体-蒸汽截面的表面张力,N/m; s:经验指数,对于水s=1,对于其他液体s=1.7。 由实验确定的C wl值见表3-1。
表3-1 各种表面-液体组合情况的C wl值 图3-5 铂丝加热水的沸腾换热实验数据的整理水在不同压力下沸腾的实验数据与式(3-6)的比较见图3-5。 式(3-6)还可以改写成为以下便于计算的形式: (3-7) 这里要着重指出两点： 1）式（3-6）实际上也是形如Nu=f（Re，Pr）或St=f（Re，Pr）的主则式。其中： 是以单位面积上的蒸汽质量流速q/r为特征速度的Re数；为特征长度，它正比于旗 袍脱离加热面时的直径。不难证明，r/c pl△t就是St数，其中Nu数也以为特征长度。 2）由于沸腾换热的复杂性，目前在各类对流换热的准则式中以沸腾换热准回式与实验数据的偏差程度最大。以图3-5所示情形为例，当已知△t计算q时，计算值与实验值的偏差可达±100％；而由于q～△t3，因而已知q计算△t时，则偏差可缩小到±33％左右。 对于制冷介质而言，以下的库珀(Cooper）公式目前得到教广泛的应用： （3-8） 式中，M r为液体的分子量；p r为对比压力（液体压力与该流体的临界压力之比）；R p为表面平均粗糙度，μm（对一般工业用管材表面，R p为0.3～0.4μm）；q为热流密度，W/m2；h的单位为W/（m2·K）。
纳米流体储能研究进展
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/933566703.html, 纳米流体储能研究进展 作者：贾亚峰尚玉明何向明李建军 来源：《新材料产业》2017年第06期 近年来，能源的不断消耗使能源短缺和环境问题呈现在人们面前，利用储能技术来提高能源利用率是一种有效的缓解方法。其中制冷设备通过相变蓄冷技术采用“移峰填谷”来进行能量高效利用的方式成为了储能领域的热门话题。纳米流体作为一种新型的储能蓄冷材料也备受人们的关注。 1995年，“纳米流体”的概念由美国学者Choi等[1]提出，即在基液中添加特定纳米材料的方式形成的一种具有高导热系数、高换热系数的均匀稳定悬浮液。制备性能稳定、优异的纳米流体是近年来国内外储能领域的研究热点。拥有高导热系数和强换热性能的纳米流体作为一种新型的相变材料，在储能领域中占有一席之地，本文主要介绍纳米流体的分散稳定性和导热机理以及纳米流体在储能领域的优势等，并阐述纳米流体在储能蓄冷领域的应用进展。 一、储能技术及相变储能材料 1.储能技术 储能技术是高效利用能量的途径之一。储能技术常见方法：抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、超级电容器储能、超导磁储能、化学电源储能、相变储能。 相变储能可通过吸收、释放相变材料的相变过程中产生的热量来进行储能和释能。常用在冰蓄冷空调技术、蓄热供暖技术等方面。冰蓄冷可以在低负荷的夜间采用电动制冷机实行，使蓄冷介质结冰蓄能，然后在负荷高的白天融冰，释放出储存的冷量。这种储能方式具有能量密度高，所需装置构造简单、设计灵活、使用方便且易于管理的优点。纳米流体因高导热系数纳米颗粒的添加，在传统换热工质的基础上提高了其导热系数和换热性能[2-6]，使其成为国内外储能材料的研究热点。 2.相变储能材料 相变储能材料[7]主要分为无机相变材料和有机相变材料。 （1）无机相变储能材料 无机相变材料主要包括无机水合盐[8]和金属相变材料。无机水合盐相变材料主要包括硝 酸盐、磷酸盐以及碱金属的卤化物等，有较高潜热，属于低温储热材料。金属类相变材料具有导热系数高、储能密度大、热稳定差等特点，属于中高温储能材料。无机相变材料具有潜热高、热导率高、温度范围宽、成本低等优点，但也存在一些问题：溶剂蒸发造成脱水盐沉积，
气液两相流与沸腾传热笔记-李双双
《气液两相流与沸腾换热》读书笔记 姓名：李双双 学号：1110209148 专业：工程热物理 日期：2012.4.18
前言 林宗虎老师的《气液两相流与沸腾换热》一书对管内沸腾做了较为全面的介绍，对于初学者掌握整体的思路有较好的作用，这也是我为什么选择这本书的原因。本笔记是在阅读林老师此书的时候根据自己的理解对每章的内容做了简要的归纳，最后写下了阅读本书的读后感。读完本书后虽然已经对管内沸腾有了基本的了解，但是想要深入了解仅仅本书是不够的，还需课下阅读更多相关书籍和文献。 第一章绪论 新增内容:1、气液两相流体横掠柱体的漩涡脱落特性 2、管道内强制对流换热的强化方法 3、气液两相测试技术和多相流研究进展 两相流定义：存在变动分界面的两种独立物质组成的物体的流动。可以分为气液两相流、气固两相流、液固两相流，此外，两种不同组分的液体的共同 流动也属于两相流范畴。 两相流这一术语首先出现于美国一些研究生论文中，1943年，苏联首先将这一术语应用于 正式出版的学术刊物上。在1930-1940年期间，发表了一些研究气液两相流不稳定行及锅炉水循环中气液两相流动问题的经典型文献。1940-1950年期间，不禁对双组份气液两相流的流动阻力等问题进行了研究，而且还将研究工作深入到具有热交换的单组份气液两相流领域。 气液两相流和传热学科的形成和发展是和工程技术的进展密切相关的。 气液两相流的基本参数-P18 第二章气液两相流的流型和流型图 气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管多，这主要是由于重力的影响使两相有分开流动的倾向造成的。本书介绍了两相流体在水平、垂直、倾斜、U型管、螺旋管、垂直上升狭槽、水平管束、孔板和文丘里管（研究不充分）等中的流型及流型图。 气液逆流中的现象：液泛和回流（对于反应堆的安全性研究有重要意义） 液泛：在逆流接触的气-液反应器或传质分离设备中，气体从下往上流动。当气体的流速增大至某一数值，液体被气体阻拦不能向下流动，愈积愈多，最后从塔顶溢出，称为液泛。在设计设备时，必须使设备的操作不致发生液泛。 回流现象：一带有注液设备的垂直管，液体自管壁上的小孔流下，气体自下往上走。当气体流量降到一定值时，液膜将出现不稳定现象，两相分界面出现较大振幅的波动，液膜有下降到注液区下方的趋势。 鉴于液泛和回流现象对于反应堆安全的重要性，相关工作正在加紧进行。哈尔滨工程大学的李希川等人对竖直窄矩形流道进行了液泛研究，并与传统流道进行了对比。结果表明，竖直窄矩形流道内液泛起始点符合Wallis 关系式，与传统流道液泛起始点以压差突变进行判断不同，窄矩形流道内液泛起始点的判断以有水被携带出流道为标志。窄矩形流道内完全携带点与水流量大小、实验段入口条件无关，只与气体流量大小有关; 流向反转点与试验段壁面干燥程度有关，与水流量大小及气体入口条件无关．《竖直窄矩形流道液泛研究》对于气液两相逆向流的流型图研究很少。研究表明，和气液两相同时向上升或同向下降流动时的流型图不同，在气液两相逆向流动的流型图中，同一区域可以发生多种流型。气液两相流的流型图对于设计是否有意义，目前工程上的大量气液两相流计算一般不考虑流型影
7.4 沸腾传热的模式
7.4 沸腾传热的模式 液体的汽化（vaporization）可区分为蒸发（evaporation）和沸腾（boiling）两种。前者指发生在液体表面上的汽化过程，后者则指在液体内部以产生汽泡的形式进行的汽化过程。就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，又称池沸腾（pool boiling）和管内沸腾（in-tube boiling）两种。大容器沸腾时流体的运动是由于温差和汽泡的扰动所引起的，而管内沸腾则需外加的压差作用才能维持。本节通过大容器沸腾的介绍阐明沸腾传热的机理和基本特点，管内沸腾则留待到沸腾传热的影响因素中去介绍。 7.4.1 大容器饱和沸腾的三个区域 现在来做一个观察沸腾传热现象的实验。在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面上产生汽泡。烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢管表面上进行的沸腾称为饱和沸腾（saturated boiling）。随着电流密度的加大，亦即表面温度与饱和温度的温差Δt = t w - t s（称为过热度）的增加，烧杯中的水与不锈钢管表面之间的热交换会依次出现以下区域（如图7-14所示）：
图7-14饱和水在水平加热面上沸腾的q~Δt曲线(p = 1.013×105Pa) （1）自然对流区：壁面过热度较小（对于水在一个大气压下的饱和沸腾为Δt < 4℃）时，壁面上没有汽泡产生，传热属于自然对流工况。 （2）核态沸腾区（nucleate boiling）：当加热壁面的过热度Δt > 4℃后，壁面上个别地点（称为汽化核心）开始产生汽泡，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称孤立汽泡区，其沸腾景象如图7-15a所示。随着Δt进一步增加，汽化核心增加，汽泡互相影响，并会合成气块及气柱，图景如图7-15b所示。在这两个区中，汽泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。由于汽化核心对传热起着决定性影响，这两区的沸腾统称为核态沸腾（或称泡状沸腾）。核态沸腾有温压小、传热强的特点，所以一般工业应用都设计在这个范围。核态沸腾区的终点为图7-14中热流密度的峰值点。 （3）过渡沸腾区（transition boiling）：从峰值点进一步提高Δt，传热规律出现异乎寻常的变化。热流密度不仅不随Δt的升高而提高，反而越来越降低。这是因为汽泡汇聚覆盖在加热面上，而蒸汽排除过程越趋恶化。这种情况持续到到达最低热流密度为q min为止。这段沸腾称为过渡沸腾，是很不稳定的过程。 （4）膜态沸腾区（film boiling）：从q min起传热规律再次发生转折。这时加热面上已形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规则地排离膜层，q随Δt的增加
高等传热学课程论文--沸腾传热特点简介
研究生“高等传热学”论文重庆大学动力工程学院
沸腾传热特点的综述 摘要：介绍了水平管内及竖直管内流动沸腾的流型图，池沸腾及管内流动沸腾的传热强化技术，窄微流道内沸腾的传热特性。并对沸腾传热的研究方进行了展望。 关键词：沸腾传热、流型图、强化技术、传热特性 1、引言 沸腾传热和汽液两相流是由本质上十分复杂的沸腾和两相流动两种物理现象耦合在一起的一种热流体流动过程，在核能、火箭、航天、材料等技术领域和能源、动力、石油、化工、冶金、制冷、食品、造纸等工业中得到了广泛的应用。管内流动沸腾按管道布置方式主要有水平管内流动沸腾，竖直管内流动沸腾两种方式；按流道结构分主要有圆管内流动沸腾与矩形流道内的流动沸腾；按流道的尺寸分主要有常规流道及窄微流道两种。本文主要对不同管内流动方式的特点进行综述。 2、水平管内流动及竖直管内流动沸腾 2.1 水平管内的流型 水平流动下流场受到重力场作用，呈较显著的相分布不均匀性。常见的水平同向流动的流型主要有弥散泡状流、层状流、间歇流和弥散环状流。 弥散泡状流的示意图如图1所示，从图中可以看出汽泡收到浮力影响，弥散在流道顶部。随着流速增大汽泡成泡沫状弥散与整个流道。 图1 弥散泡状流的示意图 层状流又可细分为纯层状流和波状层状流。纯层状流的示意图如图2所示，从图中可以看出汽相在流道上部流动，液相在流道底部流动，重力使两相完全分离，两相交界面光滑。随着汽相流速增大，汽液相界面呈波状，便进入波状层状流，其示意图如图3所示。 图2纯层状流示意图
图3波状层状流示意图 间歇流的示意图如图4所示，从图中可以看出间歇流是液相和汽相各自呈不同的构形在流道内交替出现。其中间歇流又可细分为塞状流、半弹状流和弹状流。塞状流：汽泡呈弹状且偏离于流道顶部流动。弹状流：液相呈连续相，夹杂有小液滴的汽块偏置于流道顶部并与泡沫状液块相同。这两种流型的间歇性都可能导致压力突然变化，引起工程中最感困惑的流道振荡破坏。半弹状流与弹状流的差异仅是泡沫状液块界面呈波状且不与流道顶部相接触。 图4间歇流的示意图 弥散环状流的示意图如图5所示，从图中可以看出水平弥散环状流的基本特征与垂直流动下的相同。主要差异是因重力作用液膜厚度周向不均匀，流道底部处膜厚大于顶部处的液膜厚度。一般不出现纯环状流流动，汽芯中往往夹带着大量弥散液滴。 图5弥散环状流的示意图 2.2 竖直管内流动沸腾的流型 实验表明垂直向上两相流动经常出现以下五种类型的流型：泡状流、弹状流、搅拌流、环状流、液束环状流。 泡状流：液相呈连续状态，汽相以大小不同、形状各异的汽泡弥散在连续液相内，并与液相一起流动。 弹状流：大块弹状汽泡与含有弥散小汽泡的液块间隔出现，在弹状汽泡的外围，液相呈降落膜状态。当泡状流中的汽相流量增大到一定值时可能发生汽泡聚合，甚至会聚合成接近管径大小的大块弹状流汽泡。Radovcich和Moissis在分析了泡状流的特征后认为：当空泡份额α≤0.1，汽泡碰撞频率较低；大于此临界值后，碰撞频率陡增；当α=0.3过渡到弹状流。 搅拌流：在孔径较大的流道中，液相呈不定型形状上下振荡运动，呈搅拌状态。在弹状流动下，若流速进一步增大，汽泡发生破裂，伴随发生在这类振荡运动。但是在小孔径流道中，不一定发生这类搅拌运动。可能发生弹状流向环状流
2010-2011两相流动与沸腾传热——答案
5分，共45分） 1、在一个充满水的管道各位置上，以稳定流率注入气泡（如图1所示），以使沿管长方向气泡密度（气泡数，bubble population / density ）按如下函数分布： 201b b z N N L ?? ??=?+?? ??????? 式中：L —沿z 轴向的管长；0b N —管道入口处()0z =气泡密度。试问：(1)在0z =处的固定观察者所见气泡密度变化率是多少？(2) 以恒速0v 运动的观察者所见气泡密度变化率是多少？ 解：(1)由于观察者固定，故气泡密度固定为0b N ，因此，气泡密度变化率为0。 (2)0z v t =?，故有()2001b v t N t N L ????=?+?? ??????? ，所以200002222b b v t v z dN N N dt L L = =。 图 1 2、简要说明相速度、表观速度、相对速度、漂移速度、扩散速度以及漂移流密度的定 义及其物理意义。 解： 1) 相速度：每一相的真实相平均速度，即,v l v l v v l l m m u u A A ρρ= = ； 2) 表观速度：每单位流道截面上的体积流量，是一种经截面权重后的平均速度，即：
,v l v l v l m m j j A A ρρ= = 3) 相对速度：两相之间的相对速度，一般气相较快，故定义相对速度为： r v l vl lv u u u u u =-==- 4) 漂移速度：各相速度与两相混合物（体积）平均速度之差，即： (),,kj k v l u u j k v l j j j =-==+其中 5) 扩散速度：相速度与两相混合物质心平均速度之差，即： ,,v l km k m m m m u u j k v l j A +? ? =-== ??? 其中 6) 漂移流密度：任一相相对于两相(体积)平均速度运动而通过单位横截面的体积流量，又 常称为漂移体积流密度，即： ()()()()()()()()()()111111lv l l v l r vl v v v l r lv vl j u j u u u u j u j u u u u j j αααααααααααα=--=----=--=-=---=-=- 3、请推导空泡份额α与质量含气率x 之间的关系；定性画出x α-曲线；分别计算压力为0.1MPa 与6.8MPa 的蒸汽—水混合物系统中，水蒸汽的质量含气率0.2x =，滑速比 1S =(在0.1MPa 与6.8MPa 下，v l ρρ分别约为1/2700与1/20.6)时对应的空泡份额α； 并基于这一算例与定性曲线简要分析x α-的数量关系。 解：1 1111v v v v v v l v l v v v l l l v v l l v M u A u x M M u A u A u u S ρραραρρρρααρ= ===--++++?? 故有： 1 11v l x S x αρρ= -+?? x α-的定性曲线为(假定1v l ρρ=)：
沸腾换热进展
沸腾换热进展 当液体与高于其饱和温度的壁面接触时，液体被加热汽化而产生大量汽泡的现象称为沸腾。 液体在加热面上沸腾时的换热过程，是具有相变点的两相流换热。当加热壁 面温度T W 超过液体的饱和温度 T S 并达到一定数值时，液体即在加热面的某些点 上形成汽泡。这些点称为汽化核心，通常出现在加热表面的凹坑上。汽泡形成后不断长大、脱离、上浮。汽泡在成长大过程中吸收大量汽化潜热，汽泡的脱离和上升动又产生剧烈扰动，所以沸腾换热比单相流体的对流换热强烈得多。一．沸腾换热 1.沸腾换热分类 沸腾有多种形式。如果液体的主体温度低于饱和温度，汽泡在固体壁面上生成、长大，脱离壁面后又会在液体中凝结消失，这样的沸腾称为过冷沸腾；若液体的主体温度达到或超过饱和温度，汽泡脱离壁面后会在液体中继续长大，直至冲出液体表面，这样的沸腾称为饱和沸腾。如果液体具有自由表面，不存在外力作用下的整体运动，这样的沸腾又称为大容器沸腾（或池沸腾）；如果液体沸腾时处于强迫对流运动状态，则称之为强迫对流沸腾，如大型锅炉和制冷机蒸发器的管内沸腾。 （1）大空间沸腾与有限空间沸腾 高于饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所进行的沸腾，称为大空间沸腾，又称池沸腾；沸腾过程受到沸腾空间的限制，沸腾产生的蒸汽和液体混合在一起，构成汽液两相混合物（两相流），称为有限空间沸腾，又称受迫对流沸腾或管内沸腾。 图1 加热表面 （2）过冷沸腾与饱和沸腾 流体处于末饱和状态即流体温度低于饱和温度的沸腾现象，称为过冷沸腾；而液体温度始终保持大于液体的饱和温度，则称为饱和沸腾。 2. 沸腾换热机理 （1）气泡的成长过程 实验表明，沸腾只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面，这些产生气泡的点称为汽化核心，一般认为，壁面的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心。