Охлаждение нагретых тел в наножидкостях

НИУ МЭИ

Кафедра Инженерной Теплофизики 

Курсовая работа на тему:

Охлаждение нагретых тел в наножидкостях

Группа: Тф-10-07

Студенты: Власова М.И.

Мамайкин Д.С.

Преподаватель: Кузма-Кичта Ю.А.

Москва 2011 

Оглавление

Введение. 2

Глава1. Экспериментальная установка и основные результаты.. 4

Глава 2. Анализ экспериментальных результатов. 19

2.1. Влияние теплофизических свойств наножидкости на критическую плотность теплового потока. 19

2.2. Влияние смачиваемости наножидкости на критическую плотность теплового потока. 22

Выводы.. 27

Список литературы.. 28

Введение

Закалка обращается в быстрое охлаждение очень горячего твердого объекта подверганием холодной жидкости. Явление закалки происходит и в природе и в промышленности. Например, когда растворенная лава извергается из подводного вулканического извергателя, она закаляется окружающей водой. Люди полагались на закалку в изготовлении металлических объектов веками. Хорошо известно, сталь укрепляется и последующим быстром охлаждением- процесс, происходящий погружением в воду (тяжелая закалка)  или в масло (легкая закалка). Мгновенная заморозка еды может быть выполнена с помощью закалки в жидком диоксиде карбона (сухой  лед). Закалка играет важную роль в смягчении последствий, также связанных с потерей хладогена в ядерных реакторах. И список продолжается.

Уровень теплопереноса в течении процесса закалки ограничен образовывающейся паровой пленкой, в которой стабильная паровая пленка покрывает поверхность горячего объекта, таким образом образующаяся паровая пленка с очень высоким сопротивлением для передачи энергии. Обычно желаемо ускорение перехода от паровой пленки к образованию зародышей кипения , как эти результаты на более высоких теплопередающих уровнях. Рассеивание в воде может приводить к ускорению этого перехода и , что более вероятно, увеличивать теплоперенос во время процесса закалки, как объяснено далее.

Реализованное рассеяние наночастиц в воде –это так называемая наножидкость. Основное поведение кипения в наножидкости изучается уже несколько лет. Ряд исследований показывает, что наножидкости могут эффективно задерживать образование паровых зародышей (DNB) , чем в чистой жидкости. Было обнаружено, что откладывание наночастиц на кипящей поверхности может происходить, что значительно огрубляет поверхность. Кроме того, отложение оксидных наночастиц такие, как алюминий и титан, означает значительное повышение смачиваемости кипящей поверхности. Эти изменения изменяют образование паровых зародышей теплопереносных характеристик поверхности и, особенно, ответственного за повышение DNB теплового потока (или критического теплового потока).

С одной стороны, на сегодняшний день только три статьи относительно закалки в наножидкостях. Первая, Park (2004) представляет эксперименты тпо закалке высокотемпературной медной сферы с оксидно-алюминиевой наножидкостью, в которой исследуется эффект воздействия наночастиц на паровую пленку теплопереноса. В их экспериментальных исследованиях концентрация наночастиц была очень высока ( от 5 до 20%) и переохлаждение диапазоне от 20 до 80К . Их результаты показывают, что уровень теплопереноса при пленочном кипении в наножидкостях был ниже, чем на чистой воде. В дополнение они исследовали интригующее явление: закалка сферы, ранее закаленной в наножидкости была более быстрой , чем на чистых сферах. Их внесение наночастиц в ранее закаленную сферу предотвращает формирование стабильной паровой пленки на поверхности сферы, таким образом, обходя режим пленочного кипения в целом.

Вторая публикация Xие (2007), который выполнил эксперименты по закалке никелированной медной сферы в объединении наножидкостей, содержащих углеродные нанотрубы (CNT). Основываясь на условии,что сфера термически смешана, они наблюдали кривые кипения по температурно-временной истории сферы, использую переходную калориметрическую технику. Их кривые кипения предполагают,что CNT наножидкости приводят к увеличению CHF, уровень теплообмена переходного кипения,  и минимальный тепловой поток (точка Лейденороста) по сравнению с водой. Они так же обнаружили, что смачиваемость поверхности сферы улучшится из-за использования сурфактанта в подготовке CNT наножидкости, и что CNT вносится на поверхность во время закалки. Третья, Choo(2008)  исследовал характеристики закалки в воде и в наножидкостях с наночастицами кварца, используя голый платиновый провод и покрытый наночастицами кремния платиновый провод. Последний был приготовлен путем кипячения голого платинового провода в кремниевой наножидкости. Незначительные изменения в теплопереносе при кипении между водой и кремниевой  наножидкостью наблюдались во время экспериментов с голым проводом. Однако, более высоктий коэффициент теплопередачи наблюдался при покрытом наночастицами проводе и пузырьковом и переходом режимах кипения.