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磁场对水的表面张力及其沸腾特性的影响研究

来源:刘剑术 浏览 131 次 发布时间:2022-11-23

【摘要】:作为世界第一人口国,随着全球范围内能源消耗形势的变化,我国不断地面对着新的能源挑战,对节能减排和环境保护的需求日益提高,故而亟须研发各种更加可靠同时高效的换热强化方法。沸腾作为一种常见的高效换热方式,可以利用液态工质汽化时吸收大量的相变潜热,尤其适合某些热流密度比较高的换热场合。水作为自然界较容易获取的物质,也是沸腾换热设备最常用的工质,学术界对其沸腾换热的特性和机理进行了长期广泛的研究,目前对水的沸腾换热强化方法主要分为两种,一种是采用水基SFC溶液,另一种通过向水中添加纳米颗粒形成纳米流体,基本原理都是通过降低工质的表面张力来强化其沸腾换热特性,但这两种方法都会影响原有的工质构成,纳米流体还会提高后期维护成本。


经过实验探究表明,磁场可以降低水的表面张力,本文利用多种实验仪器,系统的探究了磁场对水的表面张力的影响规律,并将通过磁化得到的磁化水(Magnetized Water,简称MW)作为沸腾工质进行沸腾换热实验,探究磁化对水的沸腾换热特性的影响。首先,作者介绍了现有的针对水的沸腾换热强化方法,主要分为在水中添加SFC得到溶液和添加纳米颗粒形成纳米流体两种,但SFC种类繁多,且对于水的沸腾换热特性的改变并不都是有利的,而纳米流体方法则由于纳米流体的稳定性问题,虽然研究较多,但仍然无法避免纳米颗粒的团聚沉积所带来的的设备损耗维护问题。


其次,利用电磁发生设备产生磁化水后,利用表面张力系数测量仪,较为系统详细地探究了磁场对水的表面张力系数的影响规律,并得到了各个磁场强度及磁化时长下的最佳组合,找到了最佳磁化点,发现在300 mT的磁场中磁化15 min后,磁化水的表面张力系数降幅最大,降幅约25%。然后作者进行了磁化水的池沸腾实验,发现无论是在后壁面提供热流进行沸腾还是在底壁面提供热流进行沸腾,磁化水都会产生比未磁化水更多的沸腾气泡,具有更好的沸腾换热效果,说明磁化对水的沸腾换热是具有一定强化效果的。此外,相比较于未磁化水,磁化水在气泡产生和完全脱离形成剧烈沸腾时所需的热流密度比未磁化水低,磁化水可以在更低的热流密度时发生沸腾,沸腾发生提前,这将利于更早的开始热量传递,在实际的沸腾换热设备中具有重要意义。