表面活性劑水溶液池核沸騰傳熱強(qiáng)化的研究.pdf

1、能源緊缺和節(jié)能減排的急迫性要求盡可能提高沸騰傳熱設(shè)備的傳熱效率，沸騰傳熱強(qiáng)化的基礎(chǔ)研究因此具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。添加表面活性劑的沸騰傳熱強(qiáng)化技術(shù)具有添加量少、強(qiáng)化效果顯著和操作簡單的特點(diǎn)而受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注，并成為傳熱科學(xué)研究中的熱點(diǎn)課題。
　　 本文選定離子型表面活性劑SDS和CTAB水溶液、非離子型表面活性劑TritonX-114和Triton X-100水溶液為實驗工質(zhì)，對表面活性劑溶液物性、沸騰過程中蒸汽攜帶表

2、面活性劑特性、表面活性劑溶液池核沸騰傳熱強(qiáng)化特性、表面活性劑溶液池核沸騰傳熱的影響參數(shù)識別體系構(gòu)建、沸騰工況下表面活性劑溶液表面張力及接觸角的理論計算、表面活性劑溶液池核沸騰換熱關(guān)聯(lián)式的開發(fā)等方面開展了系統(tǒng)的實驗研究和理論研究，取得了一些具有學(xué)術(shù)意義和實用價值的研究成果：
　　 (1)針對選定的表面活性劑及其水溶液，測定了與沸騰傳熱相關(guān)的溶液物性，得出表面活性劑種類、溶液濃度和溶液溫度等參數(shù)對熱穩(wěn)定性、濁點(diǎn)、表面張力、動力粘度和

3、接觸角的影響規(guī)律；考慮到沸騰過程中的蒸汽攜帶表面活性劑效應(yīng)對表面活性劑溶液沸騰傳熱的影響，開展了沸騰過程中蒸汽攜帶表面活性劑的實驗研究，獲得了蒸汽攜帶表面活性劑效應(yīng)對表面活性劑溶液沸騰傳熱強(qiáng)化效果的作用規(guī)律，為進(jìn)一步研究表面活性劑溶液池核沸騰傳熱強(qiáng)化特性奠定基礎(chǔ)。
　　 (2)對影響表面活性劑溶液池核沸騰傳熱的參數(shù)進(jìn)行科學(xué)分類，分類考察并獲得了不可變參數(shù)、可變參數(shù)和外部參數(shù)及參數(shù)耦合對表面活性劑溶液池核沸騰傳熱強(qiáng)化效果的作用機(jī)制

4、，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了表面活性劑水溶液池核沸騰傳熱的影響參數(shù)識別體系。就影響參數(shù)的主次關(guān)系而言，溶液濃度、熱流密度、動態(tài)表面張力和動力粘度是影響表面活性劑水溶液池核沸騰傳熱的關(guān)鍵影響參數(shù)；分子量、接觸角、聚氧乙烯基團(tuán)數(shù)(EO基團(tuán)數(shù))、濁點(diǎn)是重要影響參數(shù)：蒸汽攜帶表面活性劑效應(yīng)、表面活性劑及其水溶液的熱穩(wěn)定性是不確定性影響參數(shù)。就影響參數(shù)的作用權(quán)重而言，相同條件下關(guān)鍵影響參數(shù)、重要影響參數(shù)和不確定性影響參數(shù)的影響權(quán)重依次降低。分析比較不同種類

5、表面活性劑水溶液池核沸騰傳熱強(qiáng)化特性時，在區(qū)分表面活性劑電離特性的前提下不僅要考慮影響參數(shù)的主次關(guān)系，同時也要考慮影響參數(shù)的參數(shù)值變化方向及變化幅度。
　　 (3)鑒于溶液物性準(zhǔn)確確定對傳熱定量分析的重要性和沸騰工況下表面活性劑水溶液表面張力及接觸角的現(xiàn)有測定手段的局限性，對沸騰工況下表面活性劑水溶液的表面張力和接觸角開展了理論計算研究?；诜序v工況下表面活性劑的界面吸附傳質(zhì)特征分析，建立了沸騰工況下表面活性劑的界面吸附模型，借

6、助吉布斯(Gibbs)吸附方程，確定了沸騰工況下表面活性劑水溶液表面張力的理論計算式；同時根據(jù)固液界面的表面活性劑吸附位狀態(tài)分析和固汽界面的吸附特征分析，借助潤濕方程，確定了沸騰工況下表面活性劑水溶液接觸角的理論計算式。根據(jù)沸騰工況下表面活性劑水溶液表面張力和接觸角的理論計算式，對沸騰工況下的SDS、CTAB、Triton X-114和Triton X-100水溶液的表面張力和接觸角進(jìn)行了理論計算，結(jié)果表明：和常溫相比，沸騰工況下表面活

7、性劑水溶液的表面張力顯著降低；SDS、Triton X-114和Triton X-100水溶液的接觸角均小于相同條件下水的接觸角，CTAB水溶液則相反；沸騰工況下熱流密度對表面張力和接觸角的影響體現(xiàn)在較高熱流密度范圍內(nèi)。
　　 (4)用經(jīng)典池核沸騰換熱關(guān)聯(lián)式對本文實驗結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測，發(fā)現(xiàn)經(jīng)典池核沸騰換熱關(guān)聯(lián)式基于的換熱模型的片面性使其不能很好地預(yù)測實驗結(jié)果。為開發(fā)準(zhǔn)確度高、通用性好的表面活性劑溶液池核沸騰換熱關(guān)聯(lián)式，在實驗研究的