基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性

　　在制冷剂中添加纳米颗粒组成纳米制冷剂，已经成为一种新型的增强换热的技术，纳米制冷剂中所用纳米颗粒包括零维纳米颗粒(如金属或者金属氧化物颗粒)和一维纳米颗粒(如碳纳米管)。由于大部分压缩式制冷系统中所用的工质均含有润滑油，纳米颗粒可以以纳米颗粒/润滑油混合物即纳米油的方式注入制冷系统[1]。纳米颗粒的存在会改变制冷剂的热物理性质，包括导热系数、动力粘度和密度等，因此向制冷系统中注入纳米颗粒对制冷系统的整体性能有明显的影响。为了评价纳米颗粒对制冷系统整体性能的影响，必须首先研究含油纳米制冷剂的池沸腾换热特性。

　　相比于金属或者金属氧化物纳米颗粒，碳纳米管的导热系数高1~2个数量级。因此，碳纳米管比金属或者金属氧化物纳米颗粒更具有提高制冷剂池沸腾换热和对流换热的潜力[2-5]。为了将碳纳米管应用于制冷系统以改善系统的整体性能，必须了解基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性。

　　目前对碳纳米管纳米制冷剂核态池沸腾换热特性研究主要集中于纯制冷剂或水和碳纳米管混合物的池沸腾研究，关于含油碳纳米管纳米制冷剂的核态池沸腾研究的报道较少。文献[6]研究了水和碳纳米管混合物的核态池沸腾换热特性，发现用酸处理过的碳纳米管可以使水的核态池沸腾换热得到增强;文献[6]和[7]研究了制冷剂和碳纳米管混合物的核态池沸腾换热特性，发现碳纳米管在混合物中体积分数为1%时可以使制冷剂的核态池沸腾换热系数提高最多36.6%。但是，以上的研究均未考虑碳纳米管尺寸对纳米制冷剂池沸腾换热的影响，且碳纳米管对含油制冷剂的影响有可能与对纯制冷剂的影响不同。然而，目前尚无有关含油碳纳米管纳米制冷剂核态池沸腾换热特性研究的报道。

　　这里的目的是研究基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性，并推导基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热关联式。

　　1 实验装置与实验原理

　　1.1 实验装置

　　实验在含油纳米制冷剂池沸腾换热特性实验台上进行。实验台由加热系统、沸腾容器、冷凝系统和数据采集系统组成，详细介绍可参考文献[8]。

　　研究对象为基于碳纳米管的含油纳米制冷剂。为了制备含油碳纳米管纳米制冷剂，首先制备四种不同尺寸的碳纳米管，并将之与润滑油混合，组成碳纳米管纳米油;然后将纳米油与纯制冷剂混合，组成含油碳纳米管纳米制冷剂。含油纳米制冷剂的制备方法可参考文献[8]。含油纳米制冷剂由碳纳米管纳米油与制冷剂R113混合而成。由于R113在常温常压下为液体(101kPa时沸点为47.6℃)，便于常温常压下将纳米颗粒稳定分散于R113中[9-10]，因此实验中所选的制冷剂为R113。