纯水和氯化钠溶液凝固过程的实验研究

近几年国内外学者对冰浆的各种特性进行了大量研究,但大多都集中在冰浆生成器的装置设计、冰浆在管道中的流动及传热特性,很少有从冰晶颗粒在壁面生成及结晶过程的机理进行研究讨论。本文对纯水和不同浓度氯化钠溶液在不同材料表面的凝固特性进行了实验研究,搭建了多组分溶液表面凝固性能研究装置,并对装置布置测点同时可更换测试表面。实验采取不同浓度的氯化钠溶液,分别记录在粗糙度不同的铜板、铝板以及塑料板表面凝固时的温度、时间,分析不同表面粗糙度、不同材质以及氯化钠浓度对溶液成核能的影响。通过对实验数据的分析和处理分别得出开始凝固温度与粗糙度的变化关系以及凝固时间与过冷度的变化关系。实验结果表明：溶液在平板表面凝固的初始温度会随着粗糙度的增大而逐渐升高。溶液在平板表面凝固的凝固时间会随着过冷度的增大而逐渐降低。     

氯化钾溶解过程中产生凝胶现象探讨

氯化钾溶解过程中产生凝胶现象的主要原因有:一是氯化钾原料中夹带的浮选剂十八胺溶解于溶液中,当其浓度达到或超过临界胶束浓度时,形成十八胺胶团,胶团吸附于氯化钾表面象搭桥一样联接起来形成氯化钾溶液凝胶;二是胶团表面的疏水部分相互聚结,甚至一胶团表面的自由基链有可能"渗透"到另一胶团内核,从而使胶团之间通过疏水自由基链联接起来。试验结果表明,温度升高,离子浓度增加,氯化钾胶凝作用增强。     

液滴撞击亲疏水间隔条纹表面

在高温高压环境下,将线切割成特殊形状的铝片镶嵌在树脂表面,再通过CuCl₂溶液对铝表面腐蚀,利用硬脂酸无水乙醇溶液的恒温水浴,进行表面修饰,适当处理得到亲水区域与疏水区域共存的复合表面。采用高速相机记录了液滴撞击水平与倾斜表面的动力过程,实验结果表明：液滴撞击水平放置的亲疏水复合表面时,其铺展过程与液滴撞击单一润湿性表面相似,但收缩行为差异化明显。液滴在亲疏水间隔表面收缩时,液膜会因亲疏水性并存而产生高度差。液滴撞击倾斜亲疏水复合表面时,液滴撞击的速度越大,其在斜面进行的位移量越大,速度过大的情况下液滴不会被宽度为20mm的斜面捕获;当速度为定值,Oh数越小,液滴跨越的亲疏水段越多,Oh数过小的情况下液滴不会被斜面截留;其他参数不变,比值系数H越小,液滴更易被斜面捕获。     

盐酸刻蚀制备铝合金超疏水表面的工艺及自清洁性研究

采用盐酸刻蚀法制备超疏水铝合金表面。用接触角仪、粗糙度仪和扫描电镜对疏水性、表面粗糙度(Ra)和微观形貌进行分析。研究了盐酸浓度、刻蚀时间、刻蚀温度以及长链烷烃酸对疏水性能的影响。结果表明,随着盐酸浓度、刻蚀时间、刻蚀温度的增加,铝合金表面粗糙度增加,而接触角先增大后减小。当刻蚀酸浓度为3 mol/L,刻蚀时间为20 min,刻蚀温度为25℃时,效果最佳,经过0.01 mol/L硬脂酸溶液改性后,接触角高达156°。采用长链烷烃酸对表面进行改性,随着烷烃酸碳链的增加,接触角略有增加。超疏水铝合金表面具有较好的自清洁性能。     

盐酸刻蚀制备铝合金超疏水表面的工艺及自清洁性研究

采用盐酸刻蚀法制备超疏水铝合金表面。用接触角仪、粗糙度仪和扫描电镜对疏水性、表面粗糙度(Ra)和微观形貌进行分析。研究了盐酸浓度、刻蚀时间、刻蚀温度以及长链烷烃酸对疏水性能的影响。结果表明,随着盐酸浓度、刻蚀时间、刻蚀温度的增加,铝合金表面粗糙度增加,而接触角先增大后减小。当刻蚀酸浓度为3 mol/L,刻蚀时间为20 min,刻蚀温度为25℃时,效果最佳,经过0.01 mol/L硬脂酸溶液改性后,接触角高达156°。采用长链烷烃酸对表面进行改性,随着烷烃酸碳链的增加,接触角略有增加。超疏水铝合金表面具有较好的自清洁性能。     

微小通道内不同润湿性表面流动冷凝传热

利用丝网烧结和聚四氟乙烯溶液（Teflon）浸渍法,在铜表面上制备了亲疏水匹配的结构,即在疏水四氟涂层上有阵列排布的椭圆亲水点,仅有四氟涂层的全疏水表面和不作修饰的全亲水铜表面作为对照,考察了以这三种表面为底部换热区域的矩形微小通道（水力直径1.5 mm）的换热特性和流动特性。实验的通道内蒸汽质量流速为10～60 kg·m^-2·s^-1,干度为0.3～1,亲疏水匹配表面与亲水表面相比,蒸汽冷凝传热系数（HTC）最高增加了454.6%,与全疏水表面相比,传热系数最高增加了107.3%,利用高速相机拍摄可视化照片,观察了通道内气液两相,尤其是表面液滴成核、聚并、冲刷的周期运动过程,解释了亲疏水匹配表面强化传热的机理。     

微小通道内不同润湿性表面流动冷凝传热

利用丝网烧结和聚四氟乙烯溶液(Teflon)浸渍法,在铜表面上制备了亲疏水匹配的结构,即在疏水四氟涂层上有阵列排布的椭圆亲水点,仅有四氟涂层的全疏水表面和不作修饰的全亲水铜表面作为对照,考察了以这三种表面为底部换热区域的矩形微小通道(水力直径1.5 mm)的换热特性和流动特性。实验的通道内蒸汽质量流速为10~60 kg·m-2·s-1,干度为0.3~1,亲疏水匹配表面与亲水表面相比,蒸汽冷凝传热系数(HTC)最高增加了454.6%,与全疏水表面相比,传热系数最高增加了107.3%,利用高速相机拍摄可视化照片,观察了通道内气液两相,尤其是表面液滴成核、聚并、冲刷的周期运动过程,解释了亲疏水匹配表面强化传热的机理。     

太阳能加热液滴在亲疏水表面"黏-滑"蒸发

实验研究了亲水和疏水表面上太阳能加热去离子水及金纳米流体液滴三相接触线动力学。在亲水和疏水表面滴加2μL去离子水和纳米流体液滴,用一定功率太阳能模拟器照射液滴使其蒸发,期间采用高速摄像机实时记录液滴在不同表面上的蒸发过程。由MATLAB程序处理图像得到液滴在不同表面上蒸发过程中接触角和接触圆直径的动态变化过程。发现液滴接触线在不同亲疏水表面上存在不同运动特性。去离子水液滴在亲水表面上常接触面积模式和常接触角模式依次控制蒸发过程。去离子水液滴在疏水表面上都呈现出“黏-滑”蒸发特性,即液滴先以常接触面积模式蒸发,之后接触线快速滑动,接触线固定后再以常接触面积模式蒸发,依次往复。纳米流体液滴在亲水表面上主要以常接触面积蒸发模式为主,在疏水表面上同样呈现“黏-滑”蒸发特性。从液滴表面能角度出发,对液滴接触线“钉扎”和“去钉扎”过程进行详尽分析,得出基底润湿性和纳米颗粒沉积是影响液滴接触线在表面上运动的重要因素。     

超疏水表面太阳能加热金-水纳米流体液滴蒸发特性

实验研究了超疏水表面上太阳能加热金纳米流体液滴蒸发特性。用高速摄像机和红外摄像机同步触发记录了2μl不同浓度金纳米流体液滴在超疏水表面的蒸发过程。通过一系列实验,观察对比不同浓度金纳米流体液滴蒸发过程中体积、接触角、接触直径、液滴表面温度以及蒸发速率等动态特性。结合水蒸气扩散模型以及红外温度图分析液滴在超疏水表面上的蒸发过程中蒸发通量变化以及表面温度变化等特性。发现不同浓度纳米流体液滴蒸发速率基本一致;超疏水表面上液滴蒸发以常接触角模式为主,后期呈现混合模式蒸发;液滴蒸发过程中,液滴上半部分蒸发通量大,致使液滴表面温度较低。     

氨基磺酸型两性表面活性剂在石英砂上的吸附

通过静态吸附实验,研究了6种氨基磺酸型两性表面活性剂在石英砂上的吸附,讨论了溶液浓度、表面活性剂疏水基链长、温度和pH对吸附量的影响.结果表明:氨基磺酸盐在石英砂上的吸附具有Langmuir吸附等温式的特点;温度升高使吸附量降低;等温下,溶液浓度低于临界胶束浓度(cmc)时,表面活性剂疏水基链长对吸附量的影响符合Traube规则,溶液浓度高于cmc,疏水基链长增加,吸附平台下降,且疏水基碳数和饱和吸附量Tmax间呈线性关系;溶液pH的变化会导致氨基磺酸型两性表面活性剂和石英砂表面电荷不同,静电作用使吸附量随体系的pH不同而发生变化.     

超疏水表面太阳能加热金-水纳米流体液滴蒸发特性

实验研究了超疏水表面上太阳能加热金纳米流体液滴蒸发特性。用高速摄像机和红外摄像机同步触发记录了2 μl不同浓度金纳米流体液滴在超疏水表面的蒸发过程。通过一系列实验，观察对比不同浓度金纳米流体液滴蒸发过程中体积、接触角、接触直径、液滴表面温度以及蒸发速率等动态特性。结合水蒸气扩散模型以及红外温度图分析液滴在超疏水表面上的蒸发过程中蒸发通量变化以及表面温度变化等特性。发现不同浓度纳米流体液滴蒸发速率基本一致；超疏水表面上液滴蒸发以常接触角模式为主，后期呈现混合模式蒸发；液滴蒸发过程中，液滴上半部分蒸发通量大，致使液滴表面温度较低。     

单液滴撞击超疏水冷表面的反弹及破碎行为

对直径2.8 mm的液滴撞击冷表面的动态行为进行快速可视化观测,对比研究单液滴撞击普通冷表面以及超疏水冷表面的动力学特性,同时对初始撞击速度以及冷表面温度对液滴动态演化行为的影响进行了对比分析。实验结果表明:与液滴撞击普通冷表面(温度-25~-5℃)发生瞬时冻结沉积相比,液滴撞击超疏水冷表面时均未发生冻结,而且伴随铺展、回缩、反弹以及破碎行为;撞击速度越大,普通冷表面上液滴铺展因子越大,而且液滴越易冻结。液滴低速(We≤76)撞击超疏水冷表面会发生反弹现象,但速度对液滴最大铺展时间无影响;液滴高速(We≥115)撞击超疏水冷表面后会产生明显液指,而且破碎为多组卫星液滴。此外,冷表面温度仅影响液滴反弹高度,对液滴最大铺展因子以及液滴铺展时间影响较小。结果表明超疏水表面可显著抑制液滴撞击冷表面的瞬时冻结沉积。     

PEMFC中粗糙GDL表面对液态水在GC中传输过程的影响

采用商业软件FLUENT中VOF模型模拟了质子交换膜燃料电池（PEMFC）中液态水在具有粗糙气体扩散层（GDL）表面的气体通道（GC）中的传递过程。考察了GDL表面润湿特性和粗糙度对液态水传输过程的影响。研究结果表明：和亲水GDL表面相比,疏水GDL表面有利于液态水的排出;和光滑疏水GDL表面相比,粗糙疏水GDL表面加快了液滴的排出,减小了液滴覆盖GDL表面的面积;同时,粗糙GDL表面增加了GC相似文献   

液相化学处理法提高聚丙烯材料的表面亲水性

采用液相化学法对聚丙烯进行了表面亲水化处理,考察了处理过程中氧化剂种类、处理时间、处理温度、硫酸浓度、氧化剂与硫酸的质量比对亲水化效果的影响;应用正交试验法确定了合适的处理条件。结果表明亲水化处理可使接触角降低约30％。对处理前后的聚丙烯表面进行红外光谱分析,发现在1714cm-1处(?)C=O伸缩振动峰显著增强,说明处理可使聚丙烯表面含氧基团增加。用光学显微镜观察,发现处理后的表面粗糙度增大。分析认为聚丙烯表面亲水性提高的原因除了含氧基团增加外,表面粗糙度的增加亦具有重要作用。     

疏水缔合聚合物增稠性能研究

在不同条件下 ,进行了疏水缔合聚合物增稠性能研究 ,结果表明疏水缔合聚合物在蒸馏水中 ,基本上看不到疏水缔合效果 ;疏水缔合聚合物的氯化钠溶液或氯化钙溶液 ,在缔合临界矿化度之前 ,随着溶液矿化度的增大 ,溶液粘度逐渐降低 ;在缔合临界矿化度之后 ,随着溶液矿化度的增大 ,溶液粘度迅速升高 ,达到极大值后又逐渐下降 ;油田采出污水中均存在较高含量的钙、镁等高价离子 ,疏水缔合聚合物在油田采出污水中 ,随着矿化度和温度的升高 ,疏水缔合增稠效果越差。认为目前把疏水缔合聚合物作为油田三次采油用耐温抗盐聚合物研制的主攻方向是不合适的     

疏水侧链型水性聚氨酯缔合型增稠剂的制备与表征

以二醇甘油单油酸酯为扩链剂、聚乙二醇为亲水链段、异佛尔酮二异氰酸酯为连接点合成了疏水侧链型水性聚氨酯缔合型增稠剂(SHEUR)。研究了聚乙二醇的相对分子质量以及二醇甘油单油酸酯的含量对SHEUR性能的影响。对制备的SHEUR进行了红外表征,并进行了表面张力、临界胶束浓度(CMC)以及黏度性能测试。结果表明:SHEUR能够降低溶液表面张力至50 m N/m,在溶液中能够形成胶束;CMC与分子结构有关,降低亲水链段或增加疏水侧链能使CMC值降低,反之,CMC值升高;适当地增加亲水链段长度以及疏水侧链部分的含量,有助于提高SHEUR的自增稠效果。     

膜蒸馏用PVDF抗复合污染膜的制备与测试

为提高膜的抗污染能力,对聚偏氟乙烯（PVDF）平板膜进行表面涂覆改性,得到超疏水PVDF平板膜,再将超疏水PVDF平板膜进行表面亲水化改性,制备出超疏水/亲水复合PVDF膜。当PVDF的质量浓度为2%、聚乙二醇（PG）的质量浓度为39%、涂敷液温度为50℃、蒸发时间为10 s、凝固浴温度为60℃时,超疏水PVDF平板膜接触角达到154.8°。表面亲水改性制得的PVDF超疏水/亲水复合膜的接触角为41°。然后研究了超疏水PVDF平板膜和PVDF超疏水/亲水复合膜的抗膜污染性能。结果显示,超疏水PVDF平板膜具有优良的抗无机污染性能和一定的抗有机污染性能;PVDF超疏水/亲水复合膜不仅具有优良的抗无机污染性能,而且其抗复合污染性能尤其是抗有机污染性能得到明显提升,为进一步构建高性能膜蒸馏抗污染膜提出了一个可行的技术方向。     

三氯乙酸介质中木质素磺酸钙对冷轧钢的缓蚀性能

通过失重法、动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究了三氯乙酸(Cl_3CCOOH)溶液中阴离子表面活性剂木质素磺酸钙(CLS)在冷轧钢表面上的吸附行为及其缓蚀性能,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和接触角测试探究了钢表面的微观形貌结构及亲水/疏水性。结果表明,CLS有效抑制了冷轧钢在0.10 mol/L Cl_3CCOOH溶液中的腐蚀,25℃和30℃时2.0 g/L CLS的最大缓蚀率值高于90%,缓蚀性能随CLS添加量的增加而增大,但与温度的关系呈负相关。CLS在钢表面的吸附规律满足Langmuir吸附等温式,吸附方式是放热的物理吸附为主的混合吸附。添加CLS后有效抑制了钢在三氯乙酸中的阴极腐蚀反应,且电荷转移电阻显著上升。钢在添加CLS后,腐蚀程度和表面粗糙度急剧降低,表面疏水性增强。     

荧光探针法研究新型Gemini表面活性剂在水溶液中的聚集行为

以芘为荧光探针、二苯酮为猝灭剂,用稳态荧光探针法测定了新型Gemini表面活性剂的临界胶团浓度(CMC)、胶团聚集数(Nagg)及胶团微极性.研究了Gemini表面活性剂结构和氯化钠浓度对CMC、Nagg、胶团微极性的影响.结果表明,新型Gemini表面活性剂的CMC比常规表面活性剂的CMC低1—2个数量级.当疏水基碳原子数增加时,CMC依次降低,Nagg增大,胶团微极性减小.当氯化钠浓度增大时,Nagg增大,胶团微极性减小.     

间位芳纶溶解及凝固性能研究

以二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,分别加入LiCl和CaCl_2制备溶解体系,研究了间位芳纶在这几种溶解体系中的溶解性能。再以H_2O-DMAc、H_2O-DMF、H_2O-DMSO、H_2O-NMP为凝固浴,研究了溶剂种类、芳纶溶液质量分数、离子浓度等对间位芳纶溶液的凝固性能的影响。结果显示:Li Cl-DMAc溶解体系具有更强的溶解性能;凝固值随凝固浴中凝固剂H_2O的含量的增加不断减小,而临界浓度几乎没有变化;随着凝固浴温度的增加,凝固值增大,临界浓度减小;凝固值随凝固浴中离子浓度的升高而增大,但临界质量分数则不断降低。另外,间位芳纶溶液的扩散系数随着凝固浴中H_2O的含量的减少不断减小,随着芳纶浓度的增加不断减小。