纳米流体液滴蒸发过程温度分布及沉积图案研究

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1、类号：１００６９：学校代码密级：学号：１２０１５０１６０戀表摩涛｜４摩ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＯＭＭＥＲＣＥ硕士学位论文纳米流体液滴蒸发过程温度分布及沉积图案研究ＳｔｕｄｏｎＴｅｍｅｒａｔｕｒｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＤｅｏｓｉｔｉｏｎＰａｔｔｅｒｎｏｆＮａｎｏｆｌｕｉｄｙｐｐＤｒｏｐｌｅｔＥｖａｐｏｒａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓ研究生：李芹芹专业名称：制冷及低温工程指导教师：刘斌教授交日期：１８年５位授予单位：天津商业大学二〇一八年五月分类号：学校代码：10069密级：

2、研究生学号：120150160纳米流体液滴蒸发过程温度分布及沉积图案研究StudyonTemperatureDistributionandDepositionPatternofNanofluidDropletEvaporationProcess研究生姓名：李芹芹专业名称：制冷及低温工程指导教师姓名：刘斌教授论文提交日期：2018年5月学位授予单位：天津商业大学独创性声明及使用授权声明一、学位论文独创性声明本人所撰写的学位论文是在指导教师的指导下独立完成的研究成果。除己明确标注或得到许可外，所撰写的学位论文中不包含他人已申请学位或其他用途所使用过的成果

3、，，不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果本人的指导教师对此进行了审定。对本文的研宄做出重要贡献的个人或集体，本人己在文中做出明确的说明并表示谢意。如有不实，本人承担相应责任。二、学位论文及研究成果使用授权声明本人同意授权天津商业大学以非赢利方式保存、使用本人的学位论文的电子版及纸质版。授权天津商业大学将本论文的全部内容或部分内容提供给有关方面编入数据库进行检索、出版及提供信息服务。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。。本人在校期间取得的研究数据、相关成果等知识产权归天津商业大学所有注：涉及保密的学位论文在解密

4、后适用本授权。学位论文作者签字：？，号指导教师签字：曰期：＞月曰丨０＜彡摘要液滴的自由蒸发在自然界和人类生产生活中较为常见，人们从很久之前就对液滴蒸发过程开始了探索。纳米流体作为一种潜在的高效能换热流体，在航空航天领域、电子领域、表面涂层领域等具有广泛的发展前景。目前的研究对纳米流体液滴蒸发过程的机制和机理缺乏一个完全的理解和统一的认识，有些部分存在巨大争议。因此对液滴的内部流动、温度场分布及沉积图案进行针对性研究可以有效解决目前存在的争议与问题，对纳米流体液滴的蒸发过程有更深刻的理解和认识。本文通过实验主要研究了在两种不同的纳米粒子粒径（20

5、nm、50nm）、三种不同的纳米流体质量分数（0.05%、0.1%、0.2%）和四种不同的玻璃载玻片底板加热温度（30℃、47℃、64℃、81℃）的实验条件下，三氧化二铝水基纳米流体固着液滴在玻璃载玻片上的蒸发行为，记录其蒸发动力学参数，研究其蒸发模式。用红外热像仪记录液滴蒸发过程中气-液界面的温度场分布,并且用显微镜拍摄了液滴蒸发结束得到的沉积图案，推测其蒸发流动模式。得到粒子粒径、纳米流体质量分数和底板加热温度对液滴蒸发过程动力学、温度场分布及沉积图案的影响。实验的主要结论如下：一、粒子粒径对纳米流体液滴蒸发模式产生的影响最大，底板加热温度、流体质量分数这两种因

6、素次之，其蒸发模式保持较单一模式，接触线存在类似定接触线的阶段，接触角随蒸发的进行持续减小。纳米流体液滴的蒸发总时间随底板加热温度的升高（从30℃到81℃）而降低约80%，随流体质量分数的减小（从0.2%到0.05%）而降低约21%；接触角的减小速率随底板加热温度的升高而大幅度增加，最高达9倍；随流体质量分数的减小而小幅度增大，约16%，粒径引起的变化不明显。二、在本实验中所有实验条件下得到的液滴蒸发过程中的气-液界面温度场分布趋势都是一致的，蒸发过程中热传导效应比蒸发冷却效应更为显著，导致了液滴边缘处温度最高，越靠近液滴中心处温度越低，液滴中心处的温度最低，呈左右

7、对称的温度分布。蒸发初始时刻液滴中心处和液滴边缘处的温差最大，且随底板加热温度和纳米流体质量分数的增加而增加；随着蒸发的持续进行，温差不断减小直至最后消失。初始马兰格尼数值随着玻璃载玻片底板加热温度的升高随之增加，最高达1.7倍。随着蒸发的进行，马兰格尼数反而会得到抑制。同种条件下初始马兰格尼数值也会随着纳米粒子粒径的增加和纳米流体质量分数的增加有小幅度的增加。三、向外的毛细补偿流动和由温度梯度驱使的马兰格尼流动及停滞点的存在导致“咖啡圈”图案和“双环”图案的形成。双环图案中内环的完整性随着马兰格尼数的增大而增大，底板加热温度对沉积图案中的内环宽度没有明确的影响