氮氣-水基納米流體在微小管道內(nèi)兩相流動流型特性的研究.pdf

1、納米流體作為一種新型的強化傳熱工質(zhì)，在傳熱學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是將納米流體應(yīng)用于兩相流流動與傳熱方面，例如作為換熱工質(zhì)在微小流道內(nèi)氣液兩相流動，正在成為換熱研究的一個新的熱點。在兩相流動中，流型是兩相流流動特性以及傳熱特性研究的基礎(chǔ)，流型的變化往往會引起流動阻力、流動的穩(wěn)定性、壓降以及換熱特性的變化。納米流體在氣液兩相流動中的流型轉(zhuǎn)變的研究就有很大的現(xiàn)實意義，只有掌握了納米流體在氣液兩相流動中的流型轉(zhuǎn)化規(guī)律，才能更好的研究其在

2、兩相流動中的其它諸如壓降、換熱系數(shù)等規(guī)律。納米流體在微小流道內(nèi)兩相流動還沒有人進(jìn)行過相應(yīng)的研究。本文進(jìn)行以下的研究工作： （1）搭建了微小流道豎直與水平氣液兩相流動的實驗平臺，比較系統(tǒng)的研究了在微小圓形流道內(nèi)氣液兩相流動的流型特性。 （2）研究了在內(nèi)徑為1.6mm的豎直玻璃毛細(xì)管圓管內(nèi)的氮氣－CuO水基納米流體的兩相流流型分布圖，實驗氣體是氮氣，液體是去離子水。實驗首先對毛細(xì)管內(nèi)氮氣—去離子水垂直向上流的兩相流流型圖以及

3、對應(yīng)的壓力特性進(jìn)行了實驗研究，得到的實驗結(jié)果和前人提出的應(yīng)用于常規(guī)管的半理論半經(jīng)驗公式進(jìn)行了比較。毛細(xì)管內(nèi)氣-水兩相流流型和常規(guī)圓管的流型圖有很大不同。在小管徑的條件下，在氣相速度不變的情況下，液體相互之間碰撞融合的幾率大大的增加，各流型間的相互轉(zhuǎn)化在更小的液相速度下就已會發(fā)生，攪拌流和環(huán)狀流向低速區(qū)發(fā)展。 （3）在水中添加不同比容積的SDBS和CuO納米顆粒制備成SDBS水溶液和納米流體，對SDBS水溶液和納米流體在垂直毛細(xì)管

4、內(nèi)氣液兩相流的流型圖進(jìn)行了測量和總結(jié)。研究發(fā)現(xiàn)在毛細(xì)管內(nèi)，使用SDBS水溶液和納米流體后，毛細(xì)管內(nèi)的氣液流型轉(zhuǎn)化在更低的流速下產(chǎn)生。SDBS水溶液和納米流體對兩相流流型的影響主要是由于添加表面擴(kuò)散劑SDBS和納米顆粒后降低了溶液表面張力而產(chǎn)生的。納米流體中的納米顆粒和表面擴(kuò)散劑濃度變化對流型圖幾乎無影響。 （4）在水平管實驗中，SDBS水溶液和納米流體在水平毛細(xì)管中氣液兩相流型與純水的氣液兩相流型在泡狀流、塞狀流區(qū)域無較為明顯的

5、區(qū)別，波狀分層流與彈狀流和環(huán)狀流的流型轉(zhuǎn)換則有較大的差別，波狀分層流的區(qū)域隨表面張力的減小而增大。納米流體中的納米顆粒和表面擴(kuò)散劑濃度變化對流型圖幾乎無影響。 （5）表面張力的變化是影響水平毛細(xì)管兩相流流型的主要因素。水中添加表面活性劑后，液體表面張力減小，重力影響因素增大，受重力的影響，液體大多集聚在管子的底部，從而，在管中難以形成液塞或難以在管壁上形成均勻的液膜，分層波狀流區(qū)域向彈狀流及環(huán)狀流區(qū)域拓展。而添加納米顆粒后，表面