强制对流下固着盐液滴蒸发结晶及传热传质特性研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chao1028
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
盐溶液蒸发结晶是吸收式热泵和溶液除湿等工业应用中的常见物理现象。实际应用中为了强化传热传质,溶液蒸发过程多设置在强制对流环境中。目前对于自然对流或纯水液滴的研究较多,而强制对流下盐溶液的蒸发结晶规律尚不完善。为此,本文开展了强制对流下固着盐液滴的蒸发结晶及传热传质耦合特性研究。本文主要工作集中在以下几个方面:(1)通过接触角测量仪(含高速摄像机)及红外热成像仪获取液滴蒸发过程中的瞬态形貌及温度场分布,实验研究了外掠空气Re数、基板热边界(等壁温、等热流)等对固着盐液滴蒸发行为的影响。结果表明,强制对流在等壁温条件下明显加快了液滴形貌的改变,尤其在蒸发开始的前15 s内,而对于等热流条件则影响不大。等壁温条件下蒸发速率与外掠气流速度呈正比,而受蒸发前期液滴升温较慢影响,等热流时则呈反比。利用多变量拟合回归方程描述蒸发速率与各参数之间的关系,结果表明回归方程相关性良好。(2)实验探究了添加表面活性剂和基板亲疏水性对液滴蒸发的影响。添加表面活性剂后,溶液表面张力显著降低,液滴蒸发速率也随之降低,且随外掠空气雷诺数的增加而进一步降低。在蒸发的前90 s内,未添加表面活性剂的液滴的蒸发速率比添加0.05g/m L表面活性剂的液滴蒸发速率快了30.3%。由于超疏水表面上液滴难以停留而超亲水表面液滴铺展面积较大,外掠气流对液滴蒸发的影响均不明显。(3)分析了蒸发过程中的Marangoni效应及传热传质特性。结果发现,基板等壁温条件下,外掠气流使得液滴蒸发前期(前30 s)的迎风侧比背风侧温度高1oC以上,且Marangoni环流更强(热Marangoni数达到5000以上);之后两侧温差逐渐缩小,且蒸发后期背风侧温度最高。液滴两侧温度约在45 s后逐渐达到相同,且该时间与液固传热量有关。而对于超亲水表面,液滴迎风侧与背风侧间温度始终比较接近,液滴内部流场以蒸发不均匀引起的蒸发补偿流为主,由温度梯度和浓度梯度引起的Marangoni流较弱(热Marangoni数小于1000)。(4)分析了强制对流下盐液滴的结晶特性。在基板等壁温条件下,外掠气流使迎风侧析出更多晶体;而在基板等热流条件下,液滴两侧晶体数量相近,与外掠气流关系不大。进一步的,盐液滴在添加表面活性剂或超亲水表面等条件的结晶形态几乎不受外掠气流影响。对于超亲水表面,等壁温条件下晶体呈咖啡环状并向外侧蔓延,等热流条件下由于液滴内Marangoni流强于蒸发补偿流,液滴中心晶体较多。综上所述,由于受液滴形貌变化及内部流动的影响,在基板具有一定抗润湿性、等壁温条件下,强制对流对盐液滴的蒸发结晶及传热传质特性影响较大;而当基板亲水或溶液添加表面活性剂的情况下,由于液滴两侧对流强度接近,外掠气流对蒸发结晶过程几乎无影响。
其他文献
纺织企业每年会产生大量有机污染物废水,其中亚甲基蓝(MB)废水是典型的一种,传统方法处理该类染料废水的工艺过程复杂,并且效率较低,电催化氧化法不失为一种好的解决措施,但是传统电极存在制备工艺复杂和效率低下等问题。在印刷线路板(PCB)的生产过程中会产生大量含铜的废蚀刻液,若不加以利用,会造成资源的浪费,降低企业生产效益。电化学法可以快速便捷高效地处理废蚀刻液,但是目前研究较多的石墨毡电极存在组装难
学位
电化学水分解技术是一种有前途的,可持续转化、储存和运输氢能的技术。目前,贵金属基电催化剂在这方面拥有最佳的催化性能,但是它们储量稀有,成本较高,难以大规模应用。因此,开发高活性的非贵金属基电催化剂是推动电解水制氢快速发展的重要举措。自支撑型电极采用一种在基底上原位生长催化剂的策略,无需使用额外的导电剂和粘合剂,与传统的粉末状催化剂相比,这大大提高了其催化活性和稳定性。基于此,本论文以碳布为基底,制
学位
相变储能技术是缓解能量供需时空不匹配,提升能源综合利用率的重要手段。该技术核心在于寻找温度匹配、性能优异且廉价易得的相变材料。水合盐因温度涵盖范围广、储能密度高和安全无毒等优点受到了广泛关注。其中,KAl(SO4)2·12H2O(Alum)和NH4Al(SO4)2·12H2O(AAS)的相变潜热高于绝大多数水合盐,具有重要研究意义和极大应用潜力。然而,过冷度大、导热率低和液相泄漏腐蚀等水合盐常见缺
学位
致密的质子导体陶瓷膜因只允许质子在体相转移,理论上对H2的选择性可达100%,是一种极具吸引力的分离膜材料。然而,目前的质子导体陶瓷膜仅在高温范围(600-1000°C)才表现出氢分离性能,但过高的工作温度会导致能耗高和操作难度大等问题。而应用于低温(<100°C)的质子导体材料(如Nafion膜等),随环境湿度降低或温度升高极易脱水分解,稳定性较差。原则上,中温范围(200-400°C)工作的质
学位
随着现代工业的不断发展,CO2含量逐渐超出地球所能承受的范围,并造成严重的气候和环境等问题。探索减少或利用CO2的方法尤显重要。利用可再生电能将CO2电催化还原成碳氢化合物,不但是降低CO2含量和缓解温室效应的有效方法,而且也为解决能源问题提供有效的手段。本文采用廉价的锌盐作为金属前驱体,葡萄糖、壳聚糖、三聚氰胺作为碳、氮前驱体,制备一系列锌基碳催化材料,并用于CO2电催化还原(CO2RR),主要
学位
光子晶体水凝胶是将光子晶体与水凝胶相结合,通过外界刺激使水凝胶溶胀或收缩,引起光子带隙的改变,并导致结构色的变化,从而将物理或化学信号转变为光学信号,在传感、检测等领域具有广阔的应用前景。目前光子晶体水凝胶主要采用模板法制备。其中大面积光子晶体模板通常由垂直沉积法制得,过程耗时长且制备的光子晶体膜易产生裂纹。另外,基于聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)的光子晶体水凝胶由于自身传输速率慢且易发
学位
利用可再生能源进行电解水是目前最有前途的氢能生产技术之一,受到人们越来越多的关注。然而,电解水的阴极析氢反应(HER)动力学缓慢,需要使用高效的催化剂来降低过电位。到目前为止,Pt基材料仍是最高效的HER电催化剂,但其成本较高,商业应用受到极大限制。因此,开发低成本、高活性和高稳定性的HER电催化剂具有十分重要的应用价值。MOFs是一种由金属离子和有机配体组成的新型多孔材料,具有可调的孔径和结构、
学位
基于膜的反电渗析法(RED)被认为是具有较高潜力的获取渗透能量的技术。然而,传统的离子交换膜存在内阻大、效率低的问题,导致功率密度不理想。开发一种同时具有高功率密度、优异的机械强度和便于大规模生产的先进膜用于渗透能量转换仍然具有挑战性。本论文采用理论分析和实验手段相结合的方法,设计并制备了二维MXene膜和三维Kevlar纳米纤维膜,分别在渗透能转换中的应用展开了深入的研究,具体工作如下:(1)设
学位
利用非共价键增韧策略制备高强韧水凝胶是水凝胶研究的热点之一,现有该类水凝胶在组织工程、软体机器人和柔性传感器等方面的应用仍存在力学性能、功能性和水中稳定性等不足的问题。鉴于此,本论文通过溶剂交换法将席夫碱疏水单体引入水凝胶体系中,结合多种非共价键制备高强韧抗溶胀荧光水凝胶。(1)通过溶剂交换法将含喹啉结构席夫碱疏水单体QHPMA成功引入水凝胶体系中,制备了基于疏水缔合作用的P(MAA-QHPMA)
学位
锂离子电池已广泛应用于便携式电子器件和电动汽车等设备上。新能源汽车的发展对动力锂离子电池的能量密度和安全性能提出更高的要求。隔膜作为重要组成部分,对锂离子电池的性能有着显著的影响。然而,传统的聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚烯烃隔膜对电解液润湿性低,热稳定性差(熔点仅为120℃-135℃),严重影响电池的性能,难以满足动力电池对于高能量密度和高安全的需求。在聚烯烃隔膜上引入无机陶瓷颗粒涂层是改善
学位