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磁場(chǎng)對(duì)水的表面張力及其沸騰特性的影響研究

來(lái)源:劉劍術(shù) 瀏覽 644 次 發(fā)布時(shí)間:2022-11-23

【摘要】:作為世界第一人口國(guó),隨著全球范圍內(nèi)能源消耗形勢(shì)的變化,我國(guó)不斷地面對(duì)著新的能源挑戰(zhàn),對(duì)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的需求日益提高,故而亟須研發(fā)各種更加可靠同時(shí)高效的換熱強(qiáng)化方法。沸騰作為一種常見(jiàn)的高效換熱方式,可以利用液態(tài)工質(zhì)汽化時(shí)吸收大量的相變潛熱,尤其適合某些熱流密度比較高的換熱場(chǎng)合。水作為自然界較容易獲取的物質(zhì),也是沸騰換熱設(shè)備最常用的工質(zhì),學(xué)術(shù)界對(duì)其沸騰換熱的特性和機(jī)理進(jìn)行了長(zhǎng)期廣泛的研究,目前對(duì)水的沸騰換熱強(qiáng)化方法主要分為兩種,一種是采用水基SFC溶液,另一種通過(guò)向水中添加納米顆粒形成納米流體,基本原理都是通過(guò)降低工質(zhì)的表面張力來(lái)強(qiáng)化其沸騰換熱特性,但這兩種方法都會(huì)影響原有的工質(zhì)構(gòu)成,納米流體還會(huì)提高后期維護(hù)成本。


經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)探究表明,磁場(chǎng)可以降低水的表面張力,本文利用多種實(shí)驗(yàn)儀器,系統(tǒng)的探究了磁場(chǎng)對(duì)水的表面張力的影響規(guī)律,并將通過(guò)磁化得到的磁化水(Magnetized Water,簡(jiǎn)稱MW)作為沸騰工質(zhì)進(jìn)行沸騰換熱實(shí)驗(yàn),探究磁化對(duì)水的沸騰換熱特性的影響。首先,作者介紹了現(xiàn)有的針對(duì)水的沸騰換熱強(qiáng)化方法,主要分為在水中添加SFC得到溶液和添加納米顆粒形成納米流體兩種,但SFC種類繁多,且對(duì)于水的沸騰換熱特性的改變并不都是有利的,而納米流體方法則由于納米流體的穩(wěn)定性問(wèn)題,雖然研究較多,但仍然無(wú)法避免納米顆粒的團(tuán)聚沉積所帶來(lái)的的設(shè)備損耗維護(hù)問(wèn)題。


其次,利用電磁發(fā)生設(shè)備產(chǎn)生磁化水后,利用表面張力系數(shù)測(cè)量?jī)x,較為系統(tǒng)詳細(xì)地探究了磁場(chǎng)對(duì)水的表面張力系數(shù)的影響規(guī)律,并得到了各個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁化時(shí)長(zhǎng)下的最佳組合,找到了最佳磁化點(diǎn),發(fā)現(xiàn)在300 mT的磁場(chǎng)中磁化15 min后,磁化水的表面張力系數(shù)降幅最大,降幅約25%。然后作者進(jìn)行了磁化水的池沸騰實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在后壁面提供熱流進(jìn)行沸騰還是在底壁面提供熱流進(jìn)行沸騰,磁化水都會(huì)產(chǎn)生比未磁化水更多的沸騰氣泡,具有更好的沸騰換熱效果,說(shuō)明磁化對(duì)水的沸騰換熱是具有一定強(qiáng)化效果的。此外,相比較于未磁化水,磁化水在氣泡產(chǎn)生和完全脫離形成劇烈沸騰時(shí)所需的熱流密度比未磁化水低,磁化水可以在更低的熱流密度時(shí)發(fā)生沸騰,沸騰發(fā)生提前,這將利于更早的開(kāi)始熱量傳遞,在實(shí)際的沸騰換熱設(shè)備中具有重要意義。

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