Al2O3纳米流体动态喷射真空制冰特性

配制溶质为Al₂O₃纳米粒子、黄原胶为分散剂,经超声波振荡后分散均匀稳定的Al₂O₃-H₂O纳米流体。利用真空动态喷射制冰实验装置,设定初始压力300 Pa,研究在有无固体吸附作用、不同纳米流体浓度、不同纳米颗粒粒径和不同供液流量下的真空闪蒸制冰特性。结果表明,吸附作用对真空制冰系统稳压效果显著且有助于捕捉实验中的水蒸气;当冷却介质温度低于吸附剂初始温度时,吸附剂有更好的吸附能力但冷却温度不宜过低;纳米流体浓度越大、纳米粒子粒径越小,更利于制取高含冰率的冰浆;对于同一浓度的纳米流体,合理控制供液流量可以获得不同含冰率的冰浆;在2%（质量）NaCl下,各粒径的纳米流体浓度不宜超过0.05%（质量）。     

表面活性剂对纳米流体真空制取冰浆的影响

为了研究表面活性剂对纳米流体真空制取冰浆的影响,分别以阴离子型SDBS、阳离子型CTAB、非离子型TNWDIS、两性型DESB作为纳米Al_2O_3、纳米Fe_2O_3、纳米TiO2及MWCNT的分散剂,通过引入固体吸附模块,进行了真空制冰实验。结果表明,过冷度、含冰率、闪蒸压力及闪蒸率受不同类型表面活性剂的影响较大;针对纳米流体在真空制冰中的应用,建议以纳米Fe_2O_3作为制冰工质添加剂,CTAB作为表面活性剂,此时过冷度最小达0.55℃,较蒸馏水减少了89.28%,含冰率最大达33.41%,较蒸馏水增加了96.53%。     

Al_2O_3纳米流体液滴蒸发特性的数值模拟研究

纳米流体液滴蒸发现象在电子设备冷却、喷墨打印以及医学检测等领域都有广泛应用。为了研究水基Al_2O_3纳米流体液滴的蒸发特性,建立了纳米流体液滴蒸发的二维瞬态模型,考虑了纳米颗粒输运行为以及液滴内部流动的影响,并采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)捕捉气液运动界面。基于所建立的模型,分析了水基Al_2O_3纳米流体液滴内部Marangoni流、纳米颗粒初始浓度以及基板温度对纳米流体液滴蒸发特性的影响规律。结果表明,液滴内部Marangoni流会影响气液界面温度分布和蒸发速率。由于液滴内部纳米颗粒浓度分布和气液界面温度发生变化,纳米流体液滴的蒸发速率随着纳米颗粒初始浓度和基板温度升高而增加。     

氯化钙/硼砂改性真空闪蒸制冰实验研究

为了研究可溶性盐氯化钙(CaCl_2)/硼砂对真空闪蒸制取冰浆的影响,在蒸馏水中加入CaCl_2作为添加剂,硼砂作为成核剂,通过引入固体吸附模块,进行了真空制冰实验。结果表明:添加CaCl_2可吸收部分闪蒸过程产生的水蒸气,并能缩短液相降温时间;随着CaCl_2浓度的升高,过冷度及含冰率逐渐降低,闪蒸率呈非线性变化;CaCl_2的添加质量分数建议为1%,能降低水的过冷度达2.08℃,含冰率达24.10%,闪蒸率达17%;硼砂的添加对降低CaCl_2溶液在闪蒸制取冰浆系统中几乎没有作用,相较于纯水,随着硼砂浓度的增加,CaCl_2-硼砂复合溶液对过冷度呈小幅降低趋势;随着初始温度的降低,闪蒸过程中的过冷度逐渐降低,含冰率逐渐升高,较低的初始温度有利于冰浆的制备。     

纳米TiO2流体表面改性及对真空闪蒸制冰的影响

利用电镜扫描法、紫外分光光度法及烘干称重法对纳米TiO₂流体的分散稳定性进行了综合评价,研究了表面活性剂种类及浓度对其分散稳定性的影响。将纳米TiO₂流体引入真空闪蒸制取冰浆系统,研究了纳米TiO₂浓度、表面活性剂浓度及对吸附作用下纳米TiO₂流体真空闪蒸制冰的影响。结果表明,表面活性剂类型对纳米TiO₂流体分散稳定性的影响很大,复合型的分散稳定性最佳,其次是阴离子型;纳米粒子及表面活性剂可以增强真空下纳米TiO₂流体的成核效果,增大含冰率,降低过冷度;表面活性剂浓度是影响真空闪蒸制冰系统压力及闪蒸率的重要因素,系统压力及闪蒸率均随着表面活性剂浓度的增大而增大;另外,确定了在吸附作用下真空闪蒸制冰系统中使用纳米TiO₂流体的最佳条件。在最佳条件下,含冰率为18.35%,过冷度为0.51℃,热导率为0.920W/(m·K),对比蒸馏水有较大改善。吸附作用下真空闪蒸制冰可行性较高,制取冰浆效果优良。     

二氧化硅纳米颗粒对冰浆中冰晶粒径分布及存储演化特性的影响

分别以乙二醇水溶液和氯化钠水溶液为基液配制不同浓度的二氧化硅纳米流体并以此制备冰浆,通过显微装置获得冰晶图像,将实验得到的粒径分布与正态分布、对数正态分布、Gamma分布和Weibull分布进行对比,探讨纳米二氧化硅对冰晶平均粒径与分布特性的影响,同时观测储存过程中冰晶粒径演化规律。结果表明:加入纳米二氧化硅前后冰晶粒径分布均可用Gamma分布描述;纳米二氧化硅可起到细化晶粒的作用,而且添加浓度越高冰晶颗粒越小;当基液为乙二醇水溶液时,加入纳米二氧化硅可较好地抑制储存过程中的冰晶粒径增长,但基液为氯化钠水溶液时,纳米二氧化硅浓度需达到0.75%,才可抑制冰晶增大。研究结果证明,一定浓度的纳米二氧化硅流体可作为制冰溶液,起到减小冰晶粒径并控制冰晶生长的作用,这对冰浆流动和传热性能的改善具有重要的应用价值。     

MWCNT-H2O纳米流体对静态真空闪蒸制冰实验的影响

在蒸馏水中加入多壁碳纳米管（MWCNT）纳米粒子,选用亲水性非离子型表面活性剂TNWDIS为分散剂。经过超声波震荡,配制分散均匀稳定的MWCNT-H₂O纳米流体。利用静态真空闪蒸实验台,设定系统压力为100Pa,研究在吸附作用下多壁碳纳米管纳米粒子浓度、粒径、TNWDIS与MWCNT配比对闪蒸制取冰浆实验的影响。结果表明,多壁碳纳米管的加入可消除闪蒸制冰的相变蓄冷阶段、缩短液相降温时间使流体更早出现过冷现象;20～40nm粒径的MWCNT纳米粒子使用TNWDIS进行分散,质量分数范围在0.075%～0.15%时多壁碳纳米管纳米流体分散均匀稳定、达到最佳效果,其中质量分数为0.1%的纳米流体最大降低水的过冷度达62.2%;过冷度随着MWCNT纳米粒子粒径的增大而升高,闪蒸率基本维持在40%,但含冰率呈现非线性变化;20～40nm粒径的MWCNT纳米粒子使用TNWDIS配制成质量分数为0.1%的纳米流体,TNWDIS与MWCNT的分散配比建议采用0.5∶1,过冷度基本维持在2℃。     

纳米流体在板式换热器中传热特性的实验研究

实验使用平均粒径为50nm的Cu、Fe_2O_3和Al_2O_3纳米颗粒制备质量分数分别为0.1%、0.3%和0.5%的纳米流体,通过测量不同纳米流体的温度、流量及压力等相关参数,计算各流体在不同雷诺数下的对流换热系数和相应的熵产。实验结果表明:Cu-水纳米流体的对流换热系数相比去离子水增加的最多,Fe_2O_3-水次之,Al_2O_3-水最少;系统熵产与雷诺数的关系类似抛物线,存在最小熵产。     

DMLS微型换热器内纳米粒子浓度对Al_2O_3/R141b流动沸腾压降的影响

为探究纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降影响,运用超声波振动法制备质量分数为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%均匀、稳定的Al_2O_3/R141b纳米流体制冷剂,在直接激光烧结(DMLS)微型换热器中,设计系统压力为176 k Pa,纳米流体制冷剂入口温度为40℃,在热通量21.2~38.2 k W·m-2和质量流率183.13~457.83 kg·m-2·s-1工况下,研究纳米粒子浓度对Al_2O_3/R141b纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降影响。研究结果表明:纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降有显著影响,气液两相压降随纳米流体制冷剂的纳米粒子浓度增加而减少,在纯制冷剂中R141b加入纳米粒子Al_2O_3,不同质量分数的纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降降低5.5%~32.6%;通过SEM和表面静态接触角测试方法,发现纳米流体制冷剂沸腾气液两相压降随质量分数增加而减少的原因是纳米颗粒沉积在通道表面,增加了微通道表面的润湿性;对比国际上3种比较经典流动沸腾两相压降模型,并基于Qu-Mudawar关联式和Zhang关联式进行修正,得出两相压降结果的85%数据点位于修正后的关联式模型值的±15%范围之内,同时实验结果与修正后的模型结果偏差MAE值为11.7%,说明修正后关联式能有效预测本工况下实验值。     

二氧化硅纳米颗粒对冰浆中冰晶粒径分布及存储演化特性的影响

分别以乙二醇水溶液和氯化钠水溶液为基液配制不同浓度的二氧化硅纳米流体并以此制备冰浆，通过显微装置获得冰晶图像，将实验得到的粒径分布与正态分布、对数正态分布、Gamma分布和Weibull分布进行对比，探讨纳米二氧化硅对冰晶平均粒径与分布特性的影响，同时观测储存过程中冰晶粒径演化规律。结果表明：加入纳米二氧化硅前后冰晶粒径分布均可用Gamma分布描述；纳米二氧化硅可起到细化晶粒的作用，而且添加浓度越高冰晶颗粒越小；当基液为乙二醇水溶液时，加入纳米二氧化硅可较好地抑制储存过程中的冰晶粒径增长，但基液为氯化钠水溶液时，纳米二氧化硅浓度需达到0.75%，才可抑制冰晶增大。研究结果证明，一定浓度的纳米二氧化硅流体可作为制冰溶液，起到减小冰晶粒径并控制冰晶生长的作用，这对冰浆流动和传热性能的改善具有重要的应用价值。     

小型动态制冰机工作过程的结晶特性

利用所搭建的小型动态制冰装置制取冰浆,实验探讨了结晶时间、载冷剂温度、添加剂种类与浓度、刮削速度等因素对冰浆动态制备过程的影响,研究中基于热平衡方法测得结晶过程不同时刻的含冰率,对所制取的冰浆进行显微拍照,并基于图像处理获取冰晶尺寸的当量直径。实验结果表明,在动态结晶过程的测试时间内,制冰溶液的降温速率受外界条件影响较小,但添加剂种类与浓度对制冰溶液的相变结晶温度以及过冷度影响较大;制冰溶液的含冰率与冰晶尺寸均随时间的增加而增大,其中载冷剂温度、添加剂种类与浓度对溶液含冰率影响较大,而对冰晶尺寸影响最大的因素是刮削速度与添加剂浓度;当结晶过程进行到30 min时溶液的含冰率均达到25%,冰晶尺寸均能达到0.12 mm左右。     

制冰溶液特性对螺旋式流态冰制取性能的影响

在一台自行设计并搭建的新型螺旋式流态冰制取装置上,以醇类、盐类为添加剂加入制冰溶液,通过理论分析和实验研究制冰溶液特性对装置性能及流态冰产物的影响.结果表明,在该装置上螺旋式方法制取流态冰是可行的,所得流态冰分布均匀,具有良好的流动性,最大含冰率可达13.68%,流态冰中冰晶颗粒一般呈条状和扁圆状,平均冰晶颗粒面积为10~(-8)~10~(-9)m~2;流态冰出口温度与制冰溶液添加剂种类和浓度有关,实测温度接近同种溶液过冷相变阶跃终点温度;使用同种添加剂时提高制冰溶液浓度会延长装置流态冰产生时间并降低出口冰浆温度,促使其含冰率升高;溶液浓度对产物流态冰中冰晶粒度的影响则因溶液种类和浓度不同呈现不同规律.     

KH550/纳米氧化铝复合材料对铀(Ⅵ)吸附研究

本文以KH550为表面处理剂,对纳米Al_2O_3进行了表面改性,制备了一种新型纳米复合材料。以分光光度计为检测手段,在静态条件下,研究了改性纳米Al_2O_3对铀(Ⅵ)的吸附。探讨了溶液pH值、初始浓度、吸附时间等对铀(Ⅵ)吸附的影响,研究了吸附等温线。结果表明,改性纳米Al_2O_3在pH=6,吸附时间为1 h,铀初始浓度为2μg/mL时,对UO_2~(2+)的吸附效果最佳;应用于实际水样中铀的吸附,效果较好。     

真空法动态制冰的非等温结晶动力学

以氯化钠水溶液为制冰溶液,采用真空法制备得到冰浆。从理论上论证非等温结晶动力学模型Jeziorny法和Mo法用于描述冰浆结晶行为的可行性。通过实验测定不同结晶时间下的冰浆含冰率,并建立了冰浆生成过程的非等温动力学方程。研究结果表明:Jeziorny法和Mo法可很好地描述冰浆的非等温结晶过程;Jeziorny模型指数n的值在0.473~0.525间,表明不同实验条件下的结晶机理基本一致,冰晶呈片状增厚生长;Jeziorny模型中的结晶动力学参数K_c、t_(0.25)和Mo模型中的冷却速率函数F(T)的变化规律均表明高冷却速率可促进冰浆的形成,同时氯化钠的添加会在一定程度上抑制冰晶生长。     

真空法动态制冰的非等温结晶动力学

以氯化钠水溶液为制冰溶液,采用真空法制备得到冰浆。从理论上论证非等温结晶动力学模型Jeziorny法和Mo法用于描述冰浆结晶行为的可行性。通过实验测定不同结晶时间下的冰浆含冰率,并建立了冰浆生成过程的非等温动力学方程。研究结果表明：Jeziorny法和Mo法可很好地描述冰浆的非等温结晶过程;Jeziorny模型指数n的值在0.473~0.525间,表明不同实验条件下的结晶机理基本一致,冰晶呈片状增厚生长;Jeziorny模型中的结晶动力学参数K_c、t_0.25和Mo模型中的冷却速率函数F（T）的变化规律均表明高冷却速率可促进冰浆的形成,同时氯化钠的添加会在一定程度上抑制冰晶生长。     

Pickering乳液法制备硼亲和微球及其吸附木樨草素性能研究

研究采用纳米Al_2O_3粒子稳定Pickering乳液,3-氨基苯硼酸作为功能单体,制备了具有硼亲和功能的Al_2O_3@聚甲基丙烯酸甲酯(Al_2O_3@MMA-BA)微球,并用于溶液中木樨草素(LTL)的吸附分离。用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、比表面分析和热重分析等方法探究Al_2O_3@MMA-BA微球的理化性质。结果表明,纳米Al_2O_3粒子能很好地稳定Pickering乳液,所制备的Al_2O_3@MMA-BA微球有更大的比表面积。吸附实验结果表明,pH为8.5、温度为318 K时,Langmuir模型最大吸附量为65.46 mol·g~(-1)。同时,Al_2O_3@MMA-BA微球具有良好的再生能力。     

吸附条件下二元冰制备

搭建了真空制冰动态特性实验台,在相同起始温度、预设压力下改变喷射流量,通过对闪蒸室内温度、压力等参数的采集,分析了流量及固体吸附模块对动态二元冰制备过程的影响。研究表明流量越大平衡态压力越低,平衡时闪蒸室内温度基本不变,维持在0℃左右;通过对含冰率的测定发现过高流速并不利于冰晶的生成,较低喷射速度下成冰率相对较高;吸附条件下易形成动态平衡环境,且更有助于维持较低的平衡压力。     

吸附条件下二元冰制备

搭建了真空制冰动态特性实验台,在相同起始温度、预设压力下改变喷射流量,通过对闪蒸室内温度、压力等参数的采集,分析了流量及固体吸附模块对动态二元冰制备过程的影响。研究表明流量越大平衡态压力越低,平衡时闪蒸室内温度基本不变,维持在0℃左右;通过对含冰率的测定发现过高流速并不利于冰晶的生成,较低喷射速度下成冰率相对较高;吸附条件下易形成动态平衡环境,且更有助于维持较低的平衡压力。     

TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂对P(Ⅴ)的吸附和脱附

通过凹凸棒黏土负载TiO_2-Fe_3O_4制备了TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂,进行了P(Ⅴ)的静态吸附和脱附实验,对其动力学和热力学参数进行了研究。通过SEM对凹凸棒黏土负载纳米TiO_2-Fe_3O_4前后结构进行了表征,考察了物料配比及吸附时间、pH值、温度、投加量和初始浓度对P(Ⅴ)吸附率的影响。结果表明,3/4负载TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂对P(Ⅴ)有良好的吸附作用,当吸附剂质量为0.6 g,P(Ⅴ)离子初始浓度0.6 mg/L时,pH为8左右,温度20℃,吸附剂对P(Ⅴ)的吸附率为92.9%。吸附过程为准二级动力学,吸附类型与Freundlich吸附模型一致。TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂在循环使用4次后,吸附率仍能达到77%以上。     

TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂对P(Ⅴ)的吸附和脱附

通过凹凸棒黏土负载TiO_2-Fe_3O_4制备了TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂,进行了P(Ⅴ)的静态吸附和脱附实验,对其动力学和热力学参数进行了研究。通过SEM对凹凸棒黏土负载纳米TiO_2-Fe_3O_4前后结构进行了表征,考察了物料配比及吸附时间、pH值、温度、投加量和初始浓度对P(Ⅴ)吸附率的影响。结果表明,3/4负载TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂对P(Ⅴ)有良好的吸附作用,当吸附剂质量为0.6 g,P(Ⅴ)离子初始浓度0.6 mg/L时,pH为8左右,温度20℃,吸附剂对P(Ⅴ)的吸附率为92.9%。吸附过程为准二级动力学,吸附类型与Freundlich吸附模型一致。TiO_2-Fe_3O_4-ATP吸附剂在循环使用4次后,吸附率仍能达到77%以上。