纳米尺度下气泡核化生长的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟纳米尺度下液体在固体壁面上发生核化沸腾的过程,主要研究壁面浸润性对气泡初始核化过程和气泡生长速率的影响以及固-液界面效应在液体核化沸腾的能量传递过程中所起到的作用.研究结果发现:壁面浸润性越强,气泡在固壁处越容易核化.该结果与经典核化理论中"疏水壁面易于产生气泡"的现象产生了明显的区别.其根本原因是在纳米尺度下,固-液界面热阻效应不能被忽略.一方面,在相同的壁温下,通过增强固-液相互作用,可以显著降低界面热阻,使得热量传递效率提高,导致靠近壁面处的流体温度升高,气泡核化等待时间缩短,有利于液体沸腾核化.另一方面,气泡的生长速率随着壁面浸润性的增强而明显升高.当气泡体积生长到一定程度时,会在壁面处形成气膜,从而导致壁面传热性能恶化.因此,通过壁面的热流密度呈现出先增大后减小的规律.

受限纳米通道内气泡核化的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟研究受限纳米通道内液体在固体壁面上的核化生长过程,本文主要研究固体壁面润湿性对液体核化生长的影响并分析了气泡成核机理。结果表明:不同壁面润湿性对气泡核化生长产生较大影响。壁面润湿性强时,近壁面处会形成一层液膜,出现与池沸腾不同的现象,流体在液膜层发生均质核化,气泡核化生长速度较快;壁面润湿性较弱时,液体在近壁面处发生异质核化,气泡核化生长速度相对较慢;壁面润湿性最弱时,在近壁面处会形成一层气膜,热量通过气膜传递给流体,传热效果不佳,液体很难发生核化现象。形成这种现象的原因是壁面润湿性强,近壁面处会形成“类固体”层,热量由壁面经“类固体”层传给通道内流体,传热效果好,此外,“类固体”层越厚传热效果越好。壁面润湿性弱时,近壁面处没有“类固体”层,会形成一层气膜,降低传热效果,影响通道内流体核化生长。

纳米通道内气泡核化的分子动力学模拟

为了探讨壁面浸润性与流体初始密度对气泡核化位置以及纳米气泡在凹槽内生长核化影响规律,采用分子动力学方法研究纳米结构微通道内液体氩的沸腾核化过程。通过改变固液势能的相互作用参数来调整壁面浸润性。结果表明:纳米凹槽壁面浸润性对气泡核化过程具有重要的影响。一方面,当固体表面的浸润性较弱时,凹槽内流体受排斥力的作用,原子排布比较稀疏,原子碰撞频率增大,局部活化能聚集,从而导致气泡在纳米凹槽内形成;另一方面,当壁面浸润性较强时,气泡会在微通道中央形成。此外,区别于均质浸润性纳米凹槽内气泡曲率半径及接触角保持不变的核化动力学行为,其在异质亲疏水匹配的纳米结构微通道内产生了显著的差异。当壁面浸润性维持不变,核化气泡的曲率半径随着流体初始密度增大而增大,与之相反,稳态接触角却随之减小。

受热状态下水带内气泡核化特性研究

消防水带在火场内长距离供水时,易受到火场高温的影响,在水带壁面形成气泡核化现象,导致水带内气液两相流动现象的发生,造成水带磨损和水枪的难以掌控,影响灭火救援。针对核化特性对基本方程进行了相应描述,着重阐述了均质核化与非均质核化的特点;并对气泡核化所需过热度进行了推导。分析了成核过程中气泡的受力状况,在进行合理化假设的基础上,求得气泡脱离直径;并提出了通过加权的方法。计算对流换热与汽化潜热在气泡核化过程中所占的比重,利用数学分析的方法,推导了总热流密度的计算式;并将数值解与实验数据进行了对比分析,提出了气泡核化特性与气泡脱离直径和气泡成核频率相关的指数有关。

受热状态下消防水带内气泡核化特性研究

消防水带在火场内长距离供水时,易受到火场高温的影响,在水带壁面形成气泡核化现象,导致水带内气液两相流动现象的发生,造成水带磨损和水枪的难以掌控,影响灭火救援工作的开展。这篇论文针对核化特性对基本方程进行了相应描述,着重阐述了均质核化与非均质核化的特点,并对气泡核化所需过热度进行了推导,分析了成核过程中气泡的受力状况,在进行合理化假设的基础上,求得气泡脱离直径,并提出了通过加权的方法,计算对流换热与汽化潜热在气泡核化过程中所占的比重,利用数学分析的方法,推导了总热流密度的计算式,并将数值解与实验数据进行了对比分析,提出了气泡核化特性与气泡脱离直径和气泡成核频率相关的指数有关。

PAG润滑油对小通道内CO_(2)气泡核化及脱离的影响

为了探究润滑油PAG(Polyalkylene Glycol)对二氧化碳气泡核化脱离的影响,采用Matlab软件模拟分析了不同油浓度下CO_(2)/PAG混合物形成气泡所需的液体过热度、气泡的临界半径、气泡的脱离直径及气泡的脱离频率,研究了PAG的浓度对气泡核化及脱离特性的影响。结果显示:在油浓度为0—5%,蒸发温度为-15℃—15℃的工况下,PAG润滑油浓度越大或蒸发温度越低时,形成气泡所需的液体过热度就越高,气泡的临界半径越大,气泡越不易形成,同时气泡脱离直径变大,气泡脱离频率减小,气泡不易脱离,且润滑油浓度越高,越不利于沸腾换热。

加压下二元液体混合物的过热极限

测定了正戊烷等正烷烃及环烷烃二元液体混合物在不同压力(0.1-2. 1MPa)和不同组成下的过热极限,从热力学及动力学角度进行了理论分析及预测,并提出简化计算方法. 对传热、闪蒸等气液传质过程的改进及安全生产,具有重要意义。

亚临界CO_2流体性质及沸腾相变特性分析

分析了亚临界CO2流体的性质,并与R22和R134a进行了比较。结果表明,CO2的蒸发压力较高,表面张力较低,饱和液相和气相密度比较低,饱和液相粘度较小,比热较高,导热系数较大。微量不凝性气体NC-1对CO2气相物性影响较小。气泡核化分析表明,当过热度和蒸发温度相同时,CO2气泡临界半径以及所含蒸气分子数量级均比R22和R134a小很多,更易于气泡产生。总之,CO2的热物理性更有助于沸腾传热。

压强预处理对煤泥浮选效果的影响

分别将煤泥水抽气到负压状态和充气到加压状态,待恢复到常态后进行浮选实验,同时测量煤粒表面电动电位ζ。实验结果表明:煤泥水浮选前经负压预处理后,煤粒表面电动电位ζ的绝对值有所降低,精煤产率和浮选完善指标降低,浮选效果恶化;经加压预处理后,煤粒表面电动电位ζ的绝对值明显提高,精煤产率和浮选完善指标提高,浮选效果得以改善。分析了核化气泡在浮选中的作用,建立了煤粒表面存在核化气泡时的Stern双电层模型,并验证了该模型的正确性。

微结构及温度耦合下的微通道纳米气泡滑移效应

通过分子动力学(MD)模拟研究纳米气泡的成核,以探究微结构耦合温度因素在仅由简单伦纳德·琼斯流体组成的三元(固体,液体,气体)系统中起到的作用。首先该模型揭示了静态流体中温度耦合结构影响下,纳米气泡的成核特征,其次研究了纳米气泡在动态滑移起到的作用。结果显示:首先温度对纳米气泡的成核以及高度具有显著影响,一定程度增加系统温度,促进了纳米气泡成核,然后高于一定温度时成核受到限制,同时纳米气泡高度随温度的增加而降低。其次纳米凹槽尺寸以及相对位置改变对于气泡成核具有重要意义。保持系统温度不变以及凹槽相对位置不变,逐渐增加凹槽深度时,气体更容易在凹槽内聚集从而形成气泡,并且气泡高度会随之减小;当仅增加凹槽之间相对位置时,纳米气泡的覆盖范围会被拉长,相应地,纳米气泡高度也会随之减小;另外,由于纳米气泡的存在,纳米通道内流体流动性能以及界面滑移现象也会发生改变。