聲懸浮條件下氧化石墨烯納米流體成核條件及液滴形變對過冷度的影響研究.pdf

1、為了減小冰蓄冷系統(tǒng)中蓄冷材料的過冷度，減少機(jī)組能耗，本文引入了超聲波懸浮技術(shù)，在利用超聲波降低蓄冷材料過冷度的同時(shí)，還避免了蓄冷材料與容器壁接觸而產(chǎn)生的不利因素對過冷度的干擾。另一方面，在對蓄冷材料的改進(jìn)上采用了用納米流體取代傳統(tǒng)水的方法，利用納米流體的快速成核特性進(jìn)一步降低了蓄冷材料的過冷度，但納米流體對過冷度的抑制作用存在一定的條件，因此本文對納米流體的成核條件進(jìn)行了研究。此外，為了找到令蓄冷材料過冷度最小的結(jié)晶形態(tài)，本文對單個(gè)液滴

2、的結(jié)晶形態(tài)進(jìn)行了研究。主要的研究內(nèi)容及成果如下：
　?、倮碚摲治隽寺晳腋l件下氧化石墨烯納米流體的成核條件，建立了微觀上納米粒子的三角形模型，得出了納米粒子作為異質(zhì)成核的成核點(diǎn)促進(jìn)成核的條件為粒徑D大于20nm。
　?、趶膶?dǎo)致液滴形變的因素---聲壓幅值和液滴旋轉(zhuǎn)兩個(gè)方面理論分析了液滴形變和過冷度的關(guān)系。通過計(jì)算得出較圓液滴的聲壓閾值比較扁液滴的聲壓閾值大，說明同樣狀態(tài)下的空化氣泡在較圓液滴中的生長更為困難，從而空化氣泡生長

3、后分解成更多小氣泡的可能性更小，液滴中異質(zhì)成核的成核點(diǎn)也就更少，所以較圓液滴的過冷度較大。同時(shí)較圓液滴的旋轉(zhuǎn)角速度較小，液滴內(nèi)外動(dòng)能差所提供的成核所需的能量較小，成核更為困難，因此較圓液滴的過冷度較大。此外還分別計(jì)算了較圓液滴和較扁液滴冰晶與氧化石墨烯納米粒子的接觸角，由此推導(dǎo)出了兩種液滴臨界成核功和過冷度的關(guān)系曲線，得出了兩種液滴的過冷度都隨著臨界成核功的增大而減小，在同樣的臨界成核功下，較圓液滴的過冷度較大。
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4、制備了氧化石墨烯納米流體，并自主研發(fā)包括制冷系統(tǒng)和聲懸浮系統(tǒng)在內(nèi)的設(shè)備系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)研究和驗(yàn)證聲懸浮條件下納米流體的成核條件和液滴形變對過冷度的影響奠定了基礎(chǔ)。
　?、芡ㄟ^實(shí)驗(yàn)測量了聲懸浮條件下不同濃度的氧化石墨烯納米流體的過冷度，發(fā)現(xiàn)在低濃度范圍內(nèi)納米流體的過冷度隨著濃度的增大先減小再增大，當(dāng)濃度為40mg/100ml時(shí)過冷度最小，過冷度的抑制效果最明顯。同時(shí)還測量了不同冷卻溫度下納米流體的過冷度，發(fā)現(xiàn)隨著冷卻溫度的降低，納米流體

5、的過冷度逐步增大，當(dāng)冷卻溫度為-10℃時(shí)納米流體的過冷度最小。因此對冷卻溫度為-10℃時(shí)去離子水和40mg/100ml納米流體的過冷度進(jìn)行了對比，去離子水的平均過冷度為5.7℃，納米流體的平均過冷度為1.9℃，說明納米粒子對過冷度起到了抑制的作用。此外，從納米流體的粒徑分布和納米粒子的微觀結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對納米流體的粒徑進(jìn)行了測量，結(jié)果顯示納米流體的粒徑絕大多數(shù)都在20nm以上，從而驗(yàn)證了粒徑在20nm以上的納米粒子對去離子水的成核有促進(jìn)作