小、微管內(nèi)流動(dòng)、對(duì)流傳熱過(guò)程及其相關(guān)基礎(chǔ)物性研究.pdf

1、由于微化工技術(shù)在精細(xì)高附加值化工產(chǎn)品生產(chǎn)、高效傳熱傳質(zhì)設(shè)備、易燃易爆反應(yīng)過(guò)程、危險(xiǎn)化工產(chǎn)品生產(chǎn)、強(qiáng)放熱反應(yīng)過(guò)程以及燃料電池及其車(chē)載燃料系統(tǒng)的微型化等領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，有關(guān)流體在微管道中的流動(dòng)和傳熱的研究也越來(lái)越受到人們的重視。常規(guī)尺度下的流動(dòng)和傳熱理論在微尺度下是否仍然成立，哪些在常規(guī)尺度下可以忽略的因素在微尺度下會(huì)對(duì)流動(dòng)和傳熱產(chǎn)生明顯的影響等等問(wèn)題都是在研究過(guò)程中需要分析和探討的。本文采用去離子水、無(wú)水乙醇以及六種離子液體水溶液，考

2、察了其在小、微尺度下的不銹鋼圓管內(nèi)的流動(dòng)特性;采用九種常見(jiàn)的化工溶劑，考察了其在小、微尺度下的不銹鋼圓管內(nèi)的對(duì)流傳熱特性，同時(shí)研究了與其相關(guān)的共性基礎(chǔ)理論和模型。
　　 主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.在Guggenheim方程的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)應(yīng)態(tài)-基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算離子液體表面張力的模型，對(duì)本文包含的105種離子液體，1224個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，估算精度較好，滿(mǎn)足工程應(yīng)用的需求;在液體黏度絕對(duì)速度理論和自由體積理論的基礎(chǔ)上，提出了新

3、的離子液體黏度的混合模型，對(duì)本文包含的156種離子液體，1073個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，估算精度明顯優(yōu)于之前提出的離子液體黏度模型;在Reidel方程的基礎(chǔ)上，提出了新的計(jì)算離子液體導(dǎo)熱系數(shù)的模型，針對(duì)本文包含的36種離子液體，296個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，估算精度小于實(shí)驗(yàn)不確定度(3％-5％)。本文提出三個(gè)模型都是基于基團(tuán)貢獻(xiàn)法的原理，形式簡(jiǎn)單，在估算過(guò)程中僅需要用到根據(jù)文獻(xiàn)計(jì)算得到的臨界溫度Tc或沸點(diǎn)溫度Tb數(shù)據(jù)即可。
　　 2.在T=(278.15-

4、313.15)K分別測(cè)定了1-乙基-3-甲基溴化咪唑([Emim][Br])+H2O體系和1-丁基-3-甲基溴化咪唑([Bmim][Br])+H2O體系的表面張力和密度。在T=(283.15-313.15)K分別測(cè)定了1-乙基-3-甲基溴化咪唑+H2O體系和1-丁基-3-甲基溴化咪唑+H2O體系的黏度。對(duì)這兩種二元電解質(zhì)溶液的表面張力、密度和黏度，分別采用修正的指數(shù)衰減方程、Masson方程和Thomas方程進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得

5、到了相關(guān)的表面過(guò)量性質(zhì)、表觀摩爾體積以及流體力學(xué)摩爾體積。
　　 3.采用去離子水、無(wú)水乙醇、三種質(zhì)量摩爾濃度的1-乙基-3-甲基溴化咪唑水溶液和三種質(zhì)量摩爾濃度1-丁基-3-甲基溴化咪唑水溶液作為實(shí)驗(yàn)流體，研究其在內(nèi)徑為0.353mm不銹鋼圓管中，Re=25.1-542.6范圍內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程，重點(diǎn)考察了極性和電黏性效應(yīng)在層流狀態(tài)下對(duì)流動(dòng)過(guò)程的影響。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)尺度下，在考慮進(jìn)出口壓力損失以及水力學(xué)發(fā)展段壓力損失基礎(chǔ)上的得到實(shí)驗(yàn)

6、結(jié)果與常規(guī)尺度理論吻合較好，與常規(guī)尺度的偏差都在實(shí)驗(yàn)不確定度范圍內(nèi)，極性和電黏性效應(yīng)并未對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生明顯影響。
　　 4.采用去離子水、無(wú)水乙醇、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的乙醇水溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的乙醇水溶液、乙酸乙酯、環(huán)己烷、正己烷、環(huán)己酮和環(huán)戊酮作為實(shí)驗(yàn)流體，研究其在內(nèi)徑為0.353mm、0.597mm和1.045mm不銹鋼圓管內(nèi)層流狀態(tài)(Re=52-527)下的對(duì)流傳熱過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳熱特性與常規(guī)尺度下有明顯差異。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)