【摘 要】
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纳米流体作为一种新兴的传热工质被广泛应用于化工、能源等各大领域,优良的热性能使其具有巨大的潜在应用价值。近年来,纳米流体在强化沸腾换热方面的机理研究以及应用受到了更多关注,但是研究纳米流体沸腾换热现象中纳米颗粒的影响时仍然存在诸多问题,尤其是关于纳米颗粒对沸腾中气泡影响的研究仍然不足。本文通过采用格子Boltzmann方法两相流模型结合颗粒运动模型,研究了不同接触角的纳米颗粒对气泡破裂的影响,并进
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纳米流体作为一种新兴的传热工质被广泛应用于化工、能源等各大领域,优良的热性能使其具有巨大的潜在应用价值。近年来,纳米流体在强化沸腾换热方面的机理研究以及应用受到了更多关注,但是研究纳米流体沸腾换热现象中纳米颗粒的影响时仍然存在诸多问题,尤其是关于纳米颗粒对沸腾中气泡影响的研究仍然不足。本文通过采用格子Boltzmann方法两相流模型结合颗粒运动模型,研究了不同接触角的纳米颗粒对气泡破裂的影响,并进行了纳米流体沸腾换热实验,主要研究内容及成果如下:1.采用格子Boltzmann方法两相流模型结合颗粒运动模型对疏水性颗粒促进气泡破裂的现象进行数值模拟研究,将颗粒与气泡的相互作用简化为单个颗粒与液膜的相互作用,对不同接触角的颗粒与液膜的相互作用进行研究,通过模拟直观展示了疏水颗粒促进液膜破裂的具体过程,并得到促进液膜破裂的最佳颗粒接触角为106.7°左右。2.采用格子Boltzmann方法对气液固三相系统中两个附着亲水性颗粒的气泡的聚并现象进行研究,对亲水性颗粒抑制气泡破裂并抑制气泡聚并的现象进行了模拟分析,发现亲水颗粒附着在气泡表面会稳定气泡并抑制其聚并,这是由于颗粒吸附在气泡的界面处,增加了气泡间液膜的排水阻力,并且颗粒两侧接触气相并在液膜中形成连接桥,产生毛细力使液膜更加稳定。此外,颗粒接触角在26°~50°(中等亲水)时,接触角越小,气泡聚并时间越长,亲水颗粒对气泡的稳定作用越好。3.采用两步法制作了亲水纳米颗粒的纳米流体,并对纳米流体进行了饱和池沸腾实验,发现中等亲水性纳米颗粒在纳米流体沸腾时会起到稳定气泡的作用从而使沸腾气泡减小,换热增强。同时对疏水纳米颗粒对液膜沸腾的影响进行研究,发现在低液位沸腾(≤5mm)时,在液体表面添加疏水颗粒会促进气泡破裂从而增强沸腾换热。
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