垂直导向纳米管阵列表面沸腾传热实验研究
纳米TiO2是一种重要的无机功能材料，由于其具有无毒、气敏、湿敏、光电转换效应、介电效应、催化活性高、化学稳定性好等优点而被广泛应用于太阳能电池、自洁材料、光催化降解和气体传感器等领域。TiO2纳米管是纳米TiO2的一种新的存在形式，与其他形态的纳米 TiO2材料相比，它具有更大的比表面积和更强的吸附能力，因而 TiO2纳米管将会更具有应用价值。 本文采用电化学阳极氧化法，选择较佳工艺条件，通过控制电解液和H+浓度，成功实现了钛基底上的不同长度和管径的TiO2纳米管阵列的构筑，并以水为工质对纳米管阵列表面进行了池沸腾和管内沸腾强化传热性能研究。研究结果表明：TiO2纳米管阵列表面多孔的特点能提供大量汽化核心，纳米级孔径的存在使传热表面具有超亲水性能。相较于光滑表面， TiO2纳米管阵列表面可明显提高沸腾工质的升温速率，降低传热温差；在池沸腾和管内沸腾条件下可分别使工质起沸腾点提前12%和20%左右，池沸腾实验快速进入过冷沸腾阶段，而且可以较快达到充分发展的泡态沸腾阶段。通过控制制备条件得到的管长较短、管径较小、管壁较厚的TiO2纳米管阵列表面在池沸腾实验条件下的沸腾换热系数最大可增加136%，传热性能最好。由CCD图像采集系统观测了汽泡的生成、长大和脱离传热表面的情况。光滑表面的汽泡脱离半径明显大于纳米管表面，纳米管表面的汽泡脱离频率和汽化核心密度都高于光滑表面。通过汽泡成核理论分析了光滑平面汽泡形成的过程，并用凸凹面汽泡形成过程进行比较，套用圆柱内凹形储器型空穴模型，结合此TiO2纳米管的形貌特点对其强化传热作用进行解释。
二氧化钛;纳米管阵列薄膜;阳极氧化;强化传热;池沸腾
河北工业大学
硕士
化工过程机械
史晓平
2012
中文
TE08
2014-05-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）