Рис.10. Тепловая нагрузка при пленочном кипении воды и наножидкости с концентрацией наночастиц 0,1% при охлаждении SS-сфер в условиях насыщения и недогрева (темные символы: данные первого опыта; светлые символы: данные 2–7-го опытов) [1]
На рис.11 показаны кривые кипения SS-сфер при охлаждении в чистой воде и наножидкости в условиях насыщения. Кривые кипения для SS-сфер с добавками в жидкость глинозема и кварца претерпевают существенные изменения от одного опыта к другому. Критическая тепловая нагрузка значительно увеличивается и изменяется температура, которая соответствует критической тепловой нагрузке. Изменения кривой кипения для С-наножидкости не существенные.
Рис.11. Кривые кипения (a) чистой воды, (b) наножидкости с добавлением наночастиц Al2O3 (0.1%), (c) наножидкости с добавлением наночастиц Si (0.1%), и (d) С-наножидкости (0.1%) при условиях насыщения (SS-сфера) [1]
Данные по максимальной (CHF) и минимальной (MHF) критических тепловых нагрузках, для наножидкостей с концентрацией наночастиц 0,1% при условиях насыщения, представлены на рис.12. Температура перегрева стенки, соответствующая MHF определяется как температура, в которой наклон кривой кипения изменяется из-за начала развития переходного режима кипения.
Рис.12. CHF (a) и MHF точки перегрева стенки (b) в зависимости от номера опыта в воде и 0.1 vol% наножидкости при параметрах насыщения (слева: SS-сфера, справа: Zry-сфера) [1]
Кривые охлаждения, полученные в этих экспериментах, идентичны кривым охлаждения последнего эксперимента на наножидкости, при условиях насыщения и недогрева (рис.13). Поэтому, ускорение охлаждения должно быть отнесено к влиянию наночастиц на поверхности, но не наночастиц, растворенных в жидкости.
Рис.13. Кривые охлаждения для чистой и SS-сферы с отложением наночастиц в воде и наножидкости с добавлением 0.1 vol% наночастиц Al2O3 (a) при параметрах насыщения и (b) недогреве [1]
Краевой угол был измерен для сфер, используемых в этом исследовании, и результаты показывают на рис.14.
Рис.14. Краевой угол для чистой воды непосредственно после выращивания и охлаждения SS сфер в воде и наножидкости [1]
Основные результаты, полученные в работе [1]:
Теплоотдача при пленочном кипении наножидкости почти идентична пленочному кипению чистой воды. Таким образом, в данном случае наножидкости не оказывают влияние на процесс кипения.
- Некоторые наночастицы выпадают на поверхность сферы во время охлаждения, и в последующих экспериментах по охлаждению сферы они могут очень ускорить наступление переходного кипения, то есть, пленочное кипение прекращается при более высоких перегревах стенки (до 150 оC), чем на чистой сфере. Физический механизм, объясняющий этот эффект - дестабилизацией пленки пара из-за отложения частиц на поверхности.
Недогрева жидкости очень сильно влияет на время охлаждения. В случае большого недогрева жидкости сход паровой пленки происходит вскоре после погружения горячей сферы в объем. Данные показывают, что по сравнению с экспериментами, где жидкость была насыщенной, тонкая пленка пара при кипении с недогревом легко дестабилизируется отложением частиц на поверхности. В экспериментах с наножидкостью было выявлено, что CHF увеличивается от одного эксперимента к другому, из-за роста отложения наночастиц на поверхности.
Увеличение CHF и увеличение перегрева стенки при MHF сильно зависят от материала наночастиц. Наночастицы из глинозема и кварца увеличивают ∆Ткр2, в то время как углеродные наночастицы практически не оказывают влияния.
На данный момент не существуют математические модели, по которым возможен расчет теплообмена при кипении наножидкость. Для данного расчета можно попробовать использование модели по кипению водных растворов. Полученные экспериментальные данные необходимо сопоставить с расчетными данным, полученными по модели для проверки на возможность использования этой модели.
Еще раз приведем кривые кипения, полученные H. Kim, G. DeWitt и др. по охлаждению перегретых сфер в различных наножидкстях.
Рис.15. Кривые кипения (a) чистой воды, (b) наножидкости с добавлением наночастиц Al2O3 (0.1%), (c) наножидкости с добавлением наночастиц Si (0.1%), и (d) С-наножидкости (0.1%) при условиях насыщения (SS-сфера) [1]
По приведенным графикам видно, что наножидкости из окиси алюминия и кремния сильно влияют на величину критической плотности теплового потока. Попробуем привести некую зависимость воздействия вида наножидкости на величину критической плотности теплового потока.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.