Експериментальне дослідження особливостей кипіння нанофлюїдів у вільному об’ємі
Вантажиться...
Дата
2015-05-25
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика.
Дисертація присвячена експериментальним дослідженням особливостей кипіння нано-РХМ (розчинів холодоагенту R11 з мінеральним компресорним мастилом Агрінол, що містять наночастинки TiO₂) і нано-ізопропанолу (суспензій наночастинок Al₂O₃ в ізопропіловому спирті).
У роботі вивчено такі питання: стійкість нанофлюїдів; вплив наночастинок на тиск насиченої пари, поверхневий натяг і густину базових рідин; осадження наночастинок на теплопередавальній поверхні у процесі кипіння і вплив утвореного шару наночастинок на крайовий кут змочування; вплив наночастинок на коефіцієнт тепловіддачі (КТВ) при кипінні РХМ, на КТВ і відривний діаметр бульбашки при кипінні ізопропанолу.
Встановлено, що додавання наночастинок у РХМ та ізопропанол призводить до збільшення тиску насиченої пари, зменшення поверхневого натягу і не впливає на густину. Домішки наночастинок TiO₂ в цілому чинять негативний вплив на інтенсивність теплообміну при кипінні РХМ. Наявність наночастинок Al₂O₃ в ізопропанолі при низьких густанах теплового потоку сприяє інтенсифікації теплообміну, однак цей ефект зменшується з підвищенням температури і концентрації наночастинок. При високій густині теплового потоку (як правило, вище 15 кВт/м2) КТВ при кипінні нано-ізопропанолу стає меншим у порівнянні з чистим ізопропанолом.
У дисертації розроблено узагальнену залежність, яка дозволяє прогнозувати КТВ при кипінні чистих речовин та нанофлюїдів у вільному об’ємі з відхиленнями не вище 10 % і може бути рекомендована для розрахунку теплообмінних апаратів холодильних установок, теплових насосів і теплових труб.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Диссертация посвящена экспериментальным исследованиям особенностей кипения нано-РХМ (растворов хладагента R11 с минеральным компрессорным маслом Агринол, содержащих наночастицы TiO₂) и нано-изопропанола (суспензий наночастиц Al₂O₃ в изопропиловом спирте). В работе изучены следующие вопросы: устойчивость нанофлюидов; влияние наночастиц на давление насыщенных паров, поверхностное натяжение и плотность базовых жидкостей; осаждение наночастиц на теплопередающей поверхности в процессе кипения и влияние образовавшегося слоя наночастиц на краевой угол смачивания; влияние наночастиц на коэффициент теплоотдачи (КТО) при кипении РХМ, КТО и отрывной диаметр пузырька при кипении изопропанола. Проведенные эксперименты показали, что приготовленное нано-масло Агринол/олеиновая кислота/TiO₂ и нанофлюиды изопропанол/Al₂O₃ остаются устойчивыми не менее 100 часов, а добавление R11 в нано-масло приводит к нарушению устойчивости. Установлено, что добавление наночастиц в РХМ и изопропанол приводит к увеличению давления насыщенных паров, уменьшению поверхностного натяжения и не влияет на плотность. Осаждение наночастиц Al₂O₃ при кипении нано-изопропанола локализовано в центрах парообразования, а образовавшийся слой наночастиц не влияет на краевой угол смачивания. Примеси наночастиц TiO₂ в целом оказывают негативное влияние на интенсивность теплообмена при кипении РХМ. Наличие наночастиц Al₂O₃ в изопропаноле при низких плотностях теплового потока способствует интенсификации теплообмена, однако этот эффект уменьшается с повышением температуры и концентрации наночастиц. При высоких плотностях теплового потока (как правило, выше 15 кВт/м2) КТО при кипении нано-изопропанола становится меньшим по сравнению с чистым изопропанолом. Также было обнаружено существенное, не всегда однозначное, влияние наночастиц на отрывной диаметр пузырьков в кипящем нано-изопропаноле. В диссертации в качестве базовой принята модель RPI, основанная на схеме раздельного учета различных механизмов переноса теплоты при кипении. В рамках данного подхода разработана обобщенная зависимость, которая позволяет прогнозировать КТО при кипении чистых веществ и нанофлюидов в свободном объеме с отклонениями не выше 10 % и может быть рекомендована для расчета теплообменных аппаратов холодильных установок, тепловых насосов и тепловых труб.
Thesis for Candidate of science (Engineering) degree by specialty 05.14.06 — Technical Thermophysics and Thermal Engineering. Thesis is dedicated to experimental investigation on pool boiling features of nano-ROS (refrigerant R11 solutions with mineral compressor oil Agrinoi comprising nanoparticles TiO₂) and nano-isopropanol (Al₂O₃ nanoparticles suspensions in isopropyl alcohol). In this thesis the following issues were investigated: nanofluids stability, nanoparticles impact on the vapor pressure, surface tension and density of base fluids; nanoparticles deposition on heat transfer surface during boiling process and nanoparticles layer influence on the contact angle; nanoparticles influence on heat transfer coefficient (HTC) during ROS boiling, HTC and bubble departure diameter during isopropanol boiling. It has been established that nanoparticles additives in ROS and isopropanol increases the vapor pressure, reduce the surface tension and does not affect the density. Additives of TiO₂ nanoparticles in general have a negative effect on the heat transfer intensity during ROS boiling. Additives of Al₂O₃ nanoparticles to isopropanol enhance heat transfer at low heat flux densities, however, this effect decreases with increasing temperature and concentration of nanoparticles. At higher heat flux densities (typically greater than 15 kW/m²) nano-isopropanol HTC becomes lower as compared with pure isopropanol. In this thesis the generalized dependence was developed, which allows to predict the HTC during pure substances and nanofluids pool boiling with deviations not greater than 10% and can be recommended for the calculation of heat exchangers in refrigeration units, heat pumps and heat pipes.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Диссертация посвящена экспериментальным исследованиям особенностей кипения нано-РХМ (растворов хладагента R11 с минеральным компрессорным маслом Агринол, содержащих наночастицы TiO₂) и нано-изопропанола (суспензий наночастиц Al₂O₃ в изопропиловом спирте). В работе изучены следующие вопросы: устойчивость нанофлюидов; влияние наночастиц на давление насыщенных паров, поверхностное натяжение и плотность базовых жидкостей; осаждение наночастиц на теплопередающей поверхности в процессе кипения и влияние образовавшегося слоя наночастиц на краевой угол смачивания; влияние наночастиц на коэффициент теплоотдачи (КТО) при кипении РХМ, КТО и отрывной диаметр пузырька при кипении изопропанола. Проведенные эксперименты показали, что приготовленное нано-масло Агринол/олеиновая кислота/TiO₂ и нанофлюиды изопропанол/Al₂O₃ остаются устойчивыми не менее 100 часов, а добавление R11 в нано-масло приводит к нарушению устойчивости. Установлено, что добавление наночастиц в РХМ и изопропанол приводит к увеличению давления насыщенных паров, уменьшению поверхностного натяжения и не влияет на плотность. Осаждение наночастиц Al₂O₃ при кипении нано-изопропанола локализовано в центрах парообразования, а образовавшийся слой наночастиц не влияет на краевой угол смачивания. Примеси наночастиц TiO₂ в целом оказывают негативное влияние на интенсивность теплообмена при кипении РХМ. Наличие наночастиц Al₂O₃ в изопропаноле при низких плотностях теплового потока способствует интенсификации теплообмена, однако этот эффект уменьшается с повышением температуры и концентрации наночастиц. При высоких плотностях теплового потока (как правило, выше 15 кВт/м2) КТО при кипении нано-изопропанола становится меньшим по сравнению с чистым изопропанолом. Также было обнаружено существенное, не всегда однозначное, влияние наночастиц на отрывной диаметр пузырьков в кипящем нано-изопропаноле. В диссертации в качестве базовой принята модель RPI, основанная на схеме раздельного учета различных механизмов переноса теплоты при кипении. В рамках данного подхода разработана обобщенная зависимость, которая позволяет прогнозировать КТО при кипении чистых веществ и нанофлюидов в свободном объеме с отклонениями не выше 10 % и может быть рекомендована для расчета теплообменных аппаратов холодильных установок, тепловых насосов и тепловых труб.
Thesis for Candidate of science (Engineering) degree by specialty 05.14.06 — Technical Thermophysics and Thermal Engineering. Thesis is dedicated to experimental investigation on pool boiling features of nano-ROS (refrigerant R11 solutions with mineral compressor oil Agrinoi comprising nanoparticles TiO₂) and nano-isopropanol (Al₂O₃ nanoparticles suspensions in isopropyl alcohol). In this thesis the following issues were investigated: nanofluids stability, nanoparticles impact on the vapor pressure, surface tension and density of base fluids; nanoparticles deposition on heat transfer surface during boiling process and nanoparticles layer influence on the contact angle; nanoparticles influence on heat transfer coefficient (HTC) during ROS boiling, HTC and bubble departure diameter during isopropanol boiling. It has been established that nanoparticles additives in ROS and isopropanol increases the vapor pressure, reduce the surface tension and does not affect the density. Additives of TiO₂ nanoparticles in general have a negative effect on the heat transfer intensity during ROS boiling. Additives of Al₂O₃ nanoparticles to isopropanol enhance heat transfer at low heat flux densities, however, this effect decreases with increasing temperature and concentration of nanoparticles. At higher heat flux densities (typically greater than 15 kW/m²) nano-isopropanol HTC becomes lower as compared with pure isopropanol. In this thesis the generalized dependence was developed, which allows to predict the HTC during pure substances and nanofluids pool boiling with deviations not greater than 10% and can be recommended for the calculation of heat exchangers in refrigeration units, heat pumps and heat pipes.
Опис
Нікулін, А. Г. Експериментальне дослідження особливостей кипіння нанофлюїдів у вільному об’ємі (експеримент, моделювання) [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.14.06 "Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика" / Нікулін Артем Геннадійович ; наук. кер. Ю. В. Семенюк ; Одес. нац. акад. харч. технологій. – Одеса : ОНАХТ, 2015. – 20 с.
Ключові слова
кипіння, нанофлюїд, наночастинки, розчини холодоагент/мастило, стійкість, теплофізичні властивості, крайовий кут змочування, коефіцієнт тепловіддачі, відривний діаметр бульбашки, кипение, нанофлюид, наночастицы, растворы хладагент/масло, устойчивость, теплофизические свойства, краевой угол смачивания, коэффициент теплоотдачи, отрывной диаметр пузырька, boiling, nanofluid, nanoparticles, refrigerant/oil solutions, stability, thermophysical properties, contact angle, heat transfer coefficient, departure diameter of bubble