单体Ag纳米流体强化氨水鼓泡吸收特性

　　引 言

　　目前,随着氟里昂制冷剂的逐步限制使用,氨等自然工质由于环保优越性而日益受到研究者们重视。然而长期以来氨水吸收式制冷效率低下,如何提高氨水吸收效率并研制出高效吸收式制冷机成为了国内外竞相研究的一大热点。氨水吸收式制冷有两种吸收模式:鼓泡式吸收与降膜式吸收。Kang等[1]对鼓泡式吸收与降膜式吸收进行了对比研究,通过分析气液中传热传质阻力、传热传质系数等得出,鼓泡式吸收率总是高于降膜式,且对应平板换热器面积缩小达4817%左右。

　　随着纳米技术的发展,具有独特结构特征和特殊性能的纳米材料,由于其小尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应以及界面效应等在各个领域的应用日趋广泛[2]。自从Choi[3]提出纳米流体的说法以来,纳米材料近年来成为传热传质领域的热点课题,具有良好的研究意义和市场应用前景,深受研究者们青睐。Wu等[4-5]研究分析了一定条件下纳米流体的配制,并根据在可视化情况下不同实验条件的强化过程中吸收器内溶液的高度变化,来揭示纳米流体对氨水鼓泡吸收的强化影响。Ma等[6]进行了碳纳米管纳米流体在氨水鼓泡吸收过程中强化传热传质的特性研究,实验通过改变CNTs质量分数、基液初始氨水浓度以及氨气流率对吸收效果分析,并对其可能存在的机理进行了讨论。Cheng等[7]利用高速摄像装置对不同口径下的鼓泡频率、气泡最大体积、最大吸收高度以及气泡在生长和脱离过程中的传质现象进行了研究分析。

　　纳米流体强化氨水吸收传热与传质的机理至今依然没有定论,对影响其性能的相关因素尚缺乏深入系统的研究。本文利用自行设计的纳米流体强化氨水鼓泡吸收实验台,对单体Ag纳米流体强化氨水鼓泡吸收过程中的传热传质特性展开研究,并对实验现象进行可能的机理解释,为探索和完善纳米流体强化氨水吸收研究以及实用化方面,提供进一步的改进措施和方向。

　　1 实验系统和实验程序

　　111 单体Ag纳米流体

　　获得分散稳定性良好的纳米流体是研究其强化氨水吸收实验的基础。本实验所用单体Ag纳米流体由上海沪正纳米科技有限公司提供,该单体Ag溶液性能稳定且其中不含其他化学成分,有关特性见表1。

　　112 实验系统

　　纳米流体强化氨水鼓泡吸收实验装置如图1所示,主要由吸收器、恒压装置、恒温水箱和采集系统等组成。实验装置核心部件为吸收器,是纳米流体强化氨水鼓泡吸收的反应容器,内置测温测压探头,测量吸收器内温度及压力变化。恒温水箱用于提供恒温冷却水,以换取吸收器内氨水吸收反应产生的热量。装置主要结构和技术参数:吸收器尺寸20 mm@20 mm@200 mm;氨气入口喷嘴内径2mm;铂电阻测温精度为011级。实验装置主体部分采用不锈钢等防腐材料制作。