纳米颗粒及分散剂对TETA溶液吸收CO2的影响

为探究纳米颗粒对TETA溶液吸收CO₂的影响及分散剂对纳米流体吸收CO₂的促进效果,采用两步法配制了不同纳米颗粒种类及粒径、不同震荡时间、不同TETA浓度、不同纳米颗粒固含量和不同分散剂固含量及种类的纳米流体,搭建TETA溶液鼓泡吸收CO₂试验台,分别测试了不同工况下制备的纳米流体对CO₂的吸收情况,并与空白TETA溶液进行对比。结果表明,纳米流体的脱除率增强系数随着纳米颗粒质量分数的增加而先提升后降低,粒径较大的纳米颗粒具有较好的传质性能,大尺寸可以减少相对表面积和能量,使得纳米颗粒的表面和量子尺度效应减弱;CO₂吸收速率在初始阶段随着超声破碎时间的增加而提升,但超声破碎时间超过1 h,吸收速率减缓;TETA浓度及纳米颗粒固含量影响试验中,随着浓度及固含量上升,脱除率增强系数均呈现先升高后降低的趋势,存在最佳值。综上,在浓度1 mol/L的TETA中添加固含量0.1%、粒径60 nm的TiO₂,经超声震荡1 h后对CO₂的吸收效果最好,脱除率增强系数最高可达1.9。以TiO₂-TETA-H₂O纳米流体为基液在其中添加C-Na、SDBS、X-100等分散剂时,由于TiO₂颗粒表面带正电荷,分散剂类型对TiO₂-TETA-H₂O纳米流体稳定性的影响大致呈现以下趋势:阴离子型>非离子型>阳离子型,且以双电子层理论为依据,添加阴离子型分散剂C-Na的质量分数为0.1%时对阳离子型纳米流体TiO₂-TETA-H₂O的稳定效果最好。     

旋流作用下水基炭黑纳米流体集热性能研究

主动强化技术是提升集热器效率的有效手段。本研究利用管式有源强化集热装置,系统研究了旋流作用下辐照强度、纳米流体浓度、转子转速、转子数量及排布方式、转子颜色及类型等对水基炭黑纳米流体集热性能的影响。结果表明,光热转换效率随辐照强度的增加而显著增加;炭黑-胶原蛋白的加入使介质同时间段的全程光热转换效率提升了56.6%～216.7%,质量分数为0.005%的水基炭黑纳米流体光热转换效率最高的同时能效比也较高;转子转速在150 r/min时,全程光热转换效率最终提升了30.32%,继续提升转子转速不会增加纳米流体的集热效率;转子均匀排布时,将转子数量减少一半几乎不会影响集热效率;转子颜色及类型的搭配对不同浓度的纳米流体集热效率具有协同作用,黑色低流阻转子在纯水及高浓度纳米流体中集热效果较好,白色两叶片转子在中低浓度的纳米流体中集热效果较好。本研究明确了转子旋流下影响纳米流体集热性能的规律,为太阳能光热利用提供了新的思路。     

氧化铜-碳纳米管/水混合纳米流体的光热性能

采用微波加热法制备了氧化铜(Cu O)/水纳米流体,并在质量分数0~0.25%的Cu O/水纳米流体中添加不同质量分数的多壁碳纳米管(MWCNT)得到Cu O-MWCNT/水混合纳米流体。借助分光光度计测试比较了不同浓度的Cu O/水纳米流体和混合纳米流体的透射率随波长变化的情况,并通过闷晒实验对比研究了上述纳米流体的光热转换性能。结果发现,Cu O/水纳米流体的透射率随着Cu O质量分数的提高而下降,添加MWCNT可显著降低Cu O/水纳米流体的透射率,混合纳米流体具有更好的光谱吸收特性。Cu O/水纳米流体的光热转换性能随着Cu O质量分数的提高而增强,与水相比光照45min后0.25%的Cu O/水纳米流体温升提高了9.2℃。混合纳米流体的光热转化效果优于单一成分的Cu O/水或MWCNT/水纳米流体,且与浓度大小密切相关:两种纳米材料浓度较低时,相互混合利于光热转化性能的提高;而当浓度较高时,添加某种纳米材料虽可以提高其光热转换性能,但添加浓度存在最佳值。本实验中,当Cu O质量分数为0.05%和0.1%时,添加MWCNT的质量分数不宜超过0.005%;而当Cu O质量分数继续增大为0.25%时,添加MWCNT质量分数不宜超过0.0015%,且存在最佳浓度。     

Lightnin静态混合器内纳米流体湍流传热特性分析

静态混合器作为一种高效传热传质连续流强化设备,在化工过程强化技术中具有明显技术特色。由于缺乏纳米流体的物性对Lightnin静态混合器（LSM）内传热特性影响的研究,一定程度上制约了LSM强化传热应用的进一步推广。本文采用混合多相流模型和SST k-ω湍流模型,在Re=8000~28000和恒热流密度条件下,从熵产以及速度场与温度场的协同性等方面分析纳米颗粒的体积分数、种类及粒径大小对LSM内传热特性的影响。结果表明,随着Cu纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体的综合传热性能及温度场与速度场的协同性能逐渐增强,总熵产率和Be数逐渐减小,体积分数为0.5%~2.0%的Cu-H₂O的纳米流体在Re=8000~28000范围内的综合传热性能系数（PEC）分别达到2.16~2.25、3.16~3.25、3.94~4.15及4.64~5.16。Cu-H₂O、Al₂O₃-H₂O及CuO-H₂O这3种纳米流体相比,Cu-H₂O纳米流体的强化传热性能要远好于其他两种纳米流体,Al₂O₃-H₂O及CuO-H₂O纳米流体的平均PEC分别是Cu-H₂O纳米流体的0.47倍和0.46倍。随着Cu纳米颗粒粒径的增加,纳米流体的综合传热性能和温度场与速度场的协同性能逐渐减弱,总熵产率和Be数逐渐增加。     

水-乙二醇基γ-Al2O3纳米流体的制备及其性能研究

以水-乙二醇为基液,通过两步法制备了质量分数为0.1%的γ-Al₂O₃纳米流体。考察了乙二醇体积分数、分散剂质量分数及种类、超声时间对纳米流体稳定性的影响。结果表明,乙二醇体积分数为35%时更适用于水-乙二醇基纳米流体的制备;质量分数为0.2%的阿拉伯树胶(GA)可有效提高γ-Al₂O₃纳米颗粒在水-乙二醇基液中的分散稳定性;超声30 min即可改善纳米流体的稳定性。最后评价了纳米流体的热物性,当与基液水浴加热到60℃时,水-乙二醇基γ-Al₂O₃纳米流体的导热性能提升幅度最大,为基液的1.35倍;在20～60℃加热过程中,Al₂O₃乙二醇基纳米流体黏度最低达0.97 mPa·s,所制备的纳米流体可适合用于流动换热。     

废弃墨粉纳米流体的光热特性

在目前的废弃打印机和硒鼓处理中，废弃墨粉往往被忽略，导致弥散到空气中引发呼吸系统疾病。本文以废弃墨粉为吸光材料进行光热利用，采用两步法制备不同浓度的废弃墨粉-乙二醇苯醚纳米流体，研究其稳定性、光学性能和光热转换性能。结果表明：在不添加任何表面活性剂的情况下，废弃墨粉-乙二醇苯醚纳米流体具有较好的稳定性。添加废弃墨粉颗粒可以降低基液的透光率，增大消光系数，从而提高基液的光吸收能力。在光热转换实验中，每种浓度的废弃墨粉纳米流体都表现出较好的光热转换效果，本实验中最佳质量分数为0.04%，在经过1800s的辐照(辐射强度为1000W/m²)后，全程光热转换效率可达54.95%，比基液乙二醇苯醚提高了90.41%。本研究以期为废弃墨粉的转化与再利用提供新思路。     

微肋结构对纳米流体绕流圆柱热性能的影响

为了改善传统换热器和换热介质的传热效率,通过两步法制备了不同质量分数（0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%）的TiO₂-水纳米流体,发展了不同微肋结构（竖直肋片和环形肋片）的绕流圆柱换热系统,通过实验研究了圆柱表面微肋结构的类型（竖直肋片和环形肋片）及数量（N₁₍₂₎=4,6,8）、纳米颗粒的质量分数（ω=0, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%）、Reynolds数（Re=514~1205）对绕流圆柱换热系统的影响。结果表明,纳米颗粒的添加和微肋结构能有效提高传热效率,圆柱表面温度明显降低,其中质量分数为0.4%的纳米流体在竖直肋片数量为6时表现出更好的换热性能。     

纳米流体冲击射流换热特性实验

以纳米流体为工质对冲击射流冷却系统的综合性能进行实验,主要研究了添加纳米颗粒的纳米流体与水在不同流速、不同射流高度等条件下冲击射流的传热效率,同时也对不同种类的纳米流体的换热效率进行了对比。结果表明：对于添加了纳米颗粒的冲击射流冷却系统,传热效率得到显著提高,但当质量分数达到0.5%时,传热系数变化不明显。对于不同种类的纳米流体：Cu-水、Al₂O₃-水和Al-水纳米流体,其中Cu-水的换热效率最高,存在一个特定的射流高度,使传热系数达到最大值。研究结果对设计制造轻型紧凑的高效换热器有实用的工程价值。     

Cu纳米流体真空闪蒸制冰的实验特性

在去离子水中加入Cu纳米颗粒,通过添加分散剂和超声波振荡,配制均匀分散的Cu-H₂O纳米流体。在100 Pa初始压力下,通过改变纳米颗粒粒径、纳米流体质量分数研究均匀分散的纳米流体对真空闪蒸制冰实验特性的影响。结果表明,水中加入纳米颗粒（无分散剂,纳米颗粒有沉降现象）,可降低水过冷度,缩短相变结冰时间,而分散均匀无沉降的纳米流体可显著缩短相变时间,使过冷度降低37%;在闪蒸瞬间,纳米流体对液相降温过程几乎没有影响;纳米流体质量分数越大,结冰时间越短,固相降温段降温速率越大;随着纳米颗粒粒径减小,相变时间缩短,而固相降温阶段温降速率几乎相同,较低浓度时（0.05%）,粒径的改变,对纳米流体过冷度影响不大,基本维持在1.5℃。     

纳米复合相变蓄冷材料黏度特性的影响因素分析

测量了Cu-H_2O纳米复合相变蓄冷材料的黏度,研究了纳米颗粒质量分数、温度、纳米颗粒粒径及颗粒团聚对纳米复合材料黏度的影响。结果表明在最佳pH值和分散剂加入量条件下,纳米颗粒质量分数和温度对黏度的影响较大,纳米颗粒粒径和颗粒团聚是影响纳米复合材料黏度的重要因素。添加了Cu颗粒的纳米复合材料(质量分数5%),其行为属于牛顿流体。     

碳纳米管-水纳米流体的光热转化特性

通过两步法配制了浓度范围0.0015%~0.1%（质量,下同）的多壁碳纳米管（MWCNT）-水纳米流体,并利用分光光度计对不同浓度、静置时间和加热次数下纳米流体在波长200~2000 nm范围内的透射率进行了测试。同时,还对上述纳米流体开展了闷晒实验,研究了浓度和光照次数对纳米流体光热转换性能的影响。结果表明,水中添加MWCNT后透射率明显下降,纳米流体的透射率随着静置时间的增加而减小,加热有利于提高纳米流体的吸光性能;同时,闷晒实验发现存在利于光热转化的MWCNT-水纳米流体最佳浓度（0.01%）,光照45 min后与水相比最佳浓度下的纳米流体温升提高了约15.1℃（或22.7%）。另外,纳米流体浓度较低时其光热转换性能随着光照次数的增加而提高,但浓度较高时则刚好相反,纳米颗粒团聚作用可能是造成上述结果的主要原因。     

二氧化铈/水基纳米流体核沸腾传热特性

对CeO₂纳米流体进行了池沸腾传热特性研究,考察了CeO₂/水基纳米流体的热导率,静态接触角以及沸腾后表面沉积情况对沸腾传热的影响。结果表明,CeO₂纳米流体可提高沸腾传热系数,且纳米流体最佳质量分数为0.05%,其沸腾传热系数较去离子水提高36%。热导率以及接触角随纳米流体质量分数的增加而增加,在本实验范围内,热导率最大增加1%;而纳米流体接触角从50.5°增加到92.9°;表面沉积随纳米流体的质量分数增加越来越明显,去离子水在沉积表面的接触角发生较大变化(51.4°～134.4°)。纳米流体的热导率影响可忽略不计;而接触角和沸腾表面颗粒沉积对纳米流体的强化传热作用影响较大。     

CuO/H2O纳米流体的池沸腾传热及预测

通过络合-沉淀法合成氧化铜纳米颗粒,制备铜颗粒的直径在40～100 nm,晶型为正六面体。利用“两步法”制备水基氧化铜纳米流体。考察了不同质量分数纳米流体的热导率、接触角变化和加热表面颗粒沉积对核沸腾传热性能的影响,并利用可视化记录沸腾过程气泡行为。结果表明：在测试质量分数范围内,传热系数随热通量增加而增大,当质量分数达到0.1%时,强化率最大为146.1%。经过分析可知纳米流体的接触角度、热导率、颗粒沉积以及颗粒扰动对水基氧化铜纳米流体强化传热作用均有影响。通过高速摄像采集质量分数0.07%纳米流体沸腾过程验证结论的可靠性。并对纳米流体核沸腾传热过程建立气泡动力学经验模型,模型计算结果与实测值相对偏差在±10%以内。     

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）。     

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℃。     

表面活性剂对水基纳米流体固液相变特性的影响

引言蓄冷是利用谷电生产冷能并储存起来以满足峰电时空调负荷需求的一种节能技术,能达到移峰填谷、稳定电力需求的目的。冰蓄冷是一种常用蓄冷技术,即利用具有较大凝固潜热水作为相变材料工质。     

减阻型纳米流体在圆管内的流动和换热特性

实验测定了在Reynolds数4000～16000范围内,质量分数0～0.5%的石墨、多壁碳纳米管、Al₂O₃、Cu、Al、Fe₂O₃、Zn纳米粒子加入到100～400 mg·kg^-1浓度的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)减阻剂中所制备的减阻型纳米流体的摩擦阻力系数和对流传热系数。结果表明:在CTAC中加入水杨酸钠(NaSal)与去离子水所配制的减阻剂具有一定的稳定性和很强的减阻特性,当减阻剂浓度为200 mg·kg^-1时其减阻特性最优。石墨纳米粒子在增强对流换热和减少流动阻力方面具有较佳的综合性能,当石墨纳米颗粒质量分数为0.4%时,其综合性能因子K是去离子水的5倍。最后给出了减阻型石墨纳米流体在圆管内的流动阻力和换热关联式,其计算值和实验值吻合良好。