納米強(qiáng)化氨水發(fā)生過程機(jī)理分析

1、低溫與超導(dǎo)第44卷第5期制冷技術(shù)RefrigerationCryo＆SupercondVo144No5納米強(qiáng)化氨水發(fā)生過程機(jī)理分析李彥軍，杜塏，江巍雪(1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京210096；2江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，南京210007)摘要：提出一種可以直接測試有、無納米氨水溶液氨氣發(fā)生量的氨水納米降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)裝置，通過有、無納米的氨水溶液對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)添加合適納米顆粒能夠增加氨氣發(fā)生率。結(jié)合氨水納米溶液降膜發(fā)生過程試驗(yàn)結(jié)果，

2、以及前人關(guān)于納米顆粒強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)方面的研究，分別從納米粒子的微運(yùn)動、界面效應(yīng)、Marangoni效應(yīng)、納米流體物性等方面進(jìn)行強(qiáng)化發(fā)生機(jī)理分析，證明納米流體的粒子微運(yùn)動和納米流體的物性是納米流體強(qiáng)化氨水降膜發(fā)生的兩大主要因素。關(guān)鍵詞：吸收式制冷；氨水；納米流體；降膜發(fā)生；機(jī)理分析DOI：1016711／j1001—7100201605012Mechanismanalysisonperformanceenhancementofammonia

3、——waterfallingfilmgenerationbynanofluidLiYa~un。DuKaiJiangWeixue(1SchoolofEnergyandEnvironment，SoutheastUniversity，Naming210096，China；2JiangsuProductQualityTesting＆InspectionInstitute，Nanjing210007，China)Abstract：Thispape

4、rpresentedafallingfilmgeneratingtestbenchfortestingammoniavaporgenerationratewith／withoutnanoparticles，inwhichammonia—waterwasusedasworkingfuidThecomparativeexperimentswereconductedtostudythein—fluenceofnanoparticlesonge

5、nerationamountofammoniavaporExperimentalresultsshowthatthetestbenchcanmeasurethegenerationamountofammoniavapordirectly，andthegenerationrateofammoniavaporcanbeimprovedbyaddingthepropertypeandmassfractionofnanoparticlesina

6、mmonia—waterConsideringtheexperimentalresultsandthepreviousstudiesonen—hancementofheatandmasstransferbyaddingnanoparticles，strengtheningmechanismwasanalyzedfromthemicro—motionofnanoparticles，interfaceeffect，Marangonieffe

7、ctandthepropertiesofnanofluids，etcAnalysisresuhsprovethatthemicro—no—tionandpropertiesofnanofluidsarethetwomainpositivefactorswhenstrengthentheprocessofammoniafallingfilmKeywords：Absorptionrefrigeration，Ammonia—water，Nan

8、ofluids，F(xiàn)allingfilmgeneration，Mechanismanalysis1引言因全球氣候變暖和大氣臭氧層的破壞，使得氟里昂制冷系統(tǒng)中部分氟氯烴類制冷劑系統(tǒng)的替代工作提上議事日程，這給當(dāng)代制冷工作者提出了前所未有的挑戰(zhàn)。氨作為天然制冷劑，其全球變暖潛能值(GWP)以及臭氧消耗潛能值(ODP)均為零，且氨水吸收式制冷機(jī)在利用低品位熱源、保護(hù)大氣環(huán)境以及節(jié)能、降耗等方面都重新展現(xiàn)出其優(yōu)異特性。近年來，隨著納米流體的興起，

9、諸多研究者為解決吸收式制冷系統(tǒng)熱力系數(shù)低、設(shè)備龐大等不足時，開始著手將氨水納米流體應(yīng)用于吸收方面的研究，并取得了喜人的成果。有關(guān)納米顆粒強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)機(jī)理方面的研究，部分學(xué)者得出以下結(jié)論：韓國慶熙大學(xué)的Jin—KyeongKim等分別在氨水中添加Cu、CuO和A1，O三種氨水基納米流體對氨泡狀吸收的強(qiáng)化作用，得出納米強(qiáng)化氨水鼓泡吸收的原因?yàn)椤奥舆^效應(yīng)(grazingeffect)”。匈牙利潘諾利亞大學(xué)的EndreNagyl6等用亞硫酸鈉氧

10、化法測試的正十六烷納米液滴對O，的吸收速率與其提出的均相和非均相數(shù)學(xué)模型基本吻合。他們認(rèn)為納米顆粒的收稿日期：2016—03—17基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(51176029、51476026)資助。作者簡介：李彥軍(1978一)，男，博士，研究方向?yàn)榭諝庹{(diào)節(jié)與制冷新技術(shù)。第5期制冷技術(shù)Refrigeration53工質(zhì)為氨水或氨水納米溶液，故測試系統(tǒng)中與氨氣或氨水接觸的實(shí)驗(yàn)裝置、連接管、附屬材料均選用不銹鋼材料。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由發(fā)生裝置

11、、鼓泡吸收裝置、加熱裝置、冷卻裝置和測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。22實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理221實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)流程如下：(1)分別對配液罐和稀溶液罐進(jìn)行稱量。(2)將配液罐和稀溶液罐接人降膜發(fā)生系統(tǒng)，并打開計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。(3)對降膜發(fā)生系統(tǒng)抽真空，充入氨氣，使系統(tǒng)處于試驗(yàn)工況的壓力(P=02MPa)條件下。(4)將待發(fā)生的溶液裝入濃溶液罐后，取下稀溶液罐并進(jìn)行稱重標(biāo)記。(5)打開熱水系統(tǒng)對濃溶液罐內(nèi)部溶液進(jìn)行預(yù)熱。待濃溶液罐內(nèi)達(dá)到預(yù)熱溫度后

12、，開始降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)。(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉各閥門及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將稀溶液罐從系統(tǒng)中拆下并稱量標(biāo)記。(7)待降膜系統(tǒng)清洗后，重新將同樣體積的對比實(shí)驗(yàn)溶液充人配液罐，重復(fù)步驟(1)一(6)，開始下一次對比實(shí)驗(yàn)。222數(shù)據(jù)處理和計(jì)算為檢驗(yàn)降膜發(fā)生效果，實(shí)驗(yàn)定義了降膜發(fā)生量，在相同實(shí)驗(yàn)工況前提下通過對比降膜發(fā)生量的大小，來分析氨水溶液中添加納米顆粒是否會強(qiáng)化降膜發(fā)生的效果。稱量降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)前后溶液質(zhì)量，溶液質(zhì)量的減少量即為降膜發(fā)生過程的氨氣發(fā)生

13、量：mg=mii—mn(1)式中：m一氨氣的降膜發(fā)生量，g；m一發(fā)生前濃氨水質(zhì)量，g；m一發(fā)生后稀氨水質(zhì)量，g。為了表示發(fā)生效率高低，定義了發(fā)生率和有效發(fā)生率，見下式(2)：i：一mg(2)r式中：i一發(fā)生速率，g／s；m一氨氣的降膜發(fā)生量，g；一降膜發(fā)生有效時間，S。t‘eff：≥(3)L。j)式中：i一相對發(fā)生率；i一氨水納米流體的發(fā)生速率，g／s；i一純氨水的發(fā)生速率，g／s。為了減少因?qū)嶒?yàn)測量誤差引起的測試數(shù)據(jù)的較大偏差，每組實(shí)

14、驗(yàn)數(shù)據(jù)，均采用多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的辦法。在最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，采用多次測量值的平均值作為最終的評價(jià)數(shù)據(jù)。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論圖2和圖3給出氨水和不同納米種類的氨水納米溶液發(fā)生率和有效發(fā)生比問的對比。測試工況如下：采用氨水初始濃度為30％，納米顆粒濃度分別為01％，溶液進(jìn)口流量選為0125kg／mS)，靜納米種類圖2不同納米顆粒種類的溶液發(fā)生速率Fig2Thegenerationrateofdifferenttypeofnanoparticles甜