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微纳尺度池沸腾表面润湿性的气泡成核及强化传热机制
1
作者
白依冉
翟玉玲
+1 位作者
戴晶慧
李舟航
《化工进展》
北大核心
2025年第2期743-751,共9页
为了研究加热表面润湿性对传热的影响,以纳米铜基板上液氩的池沸腾过程为研究对象,从微观角度探究疏水/亲水性表面的气泡成核过程,进而揭示微纳尺度下池沸腾强化传热机制。使用大规模原子/分子并行模拟器LAMMPS构建Cu-Ar池沸腾模型,通...
为了研究加热表面润湿性对传热的影响,以纳米铜基板上液氩的池沸腾过程为研究对象,从微观角度探究疏水/亲水性表面的气泡成核过程,进而揭示微纳尺度下池沸腾强化传热机制。使用大规模原子/分子并行模拟器LAMMPS构建Cu-Ar池沸腾模型,通过改变界面能量系数α调节表面润湿性程度。在加热温度160K下,研究了α(疏水性α=0.2、0.4、0.5,中性α=1.0以及亲水性α=1.5和2.0)对气泡生长、合并及破裂过程的影响规律。通过气泡核体积、液氩吸收的热流密度以及界面热阻从微观角度分析了铜基板表面液氩池沸腾中的传热机制。结果表明:当α=0.2(超疏水性)时,加热表面向液体的传热量小,界面热阻较大,无气泡生成;当α从0.4增大到2.0时,气泡成核和液膜脱离基板时间分别从7ns缩短到4ns、从8.5ns提前至7ns;在沸腾起始时刻,当α从0.4增大到2.0时,气泡核体积从291.1nm^(3)增大到373.4nm^(3),热流密度从130k W/cm^(2)增大到161.3k W/cm^(2),分别提高了22.1%和19.4%。说明亲水表面比疏水表面具有更强的液固相互作用,在沸腾过程中液氩持续吸收热能,促进了气泡的生长和合并,使气泡成核体积增大。同时,亲水性表面的液膜在气膜形成前吸收了更多的热能,界面热阻更低。总之,亲水性表面提供了更有利的沸腾条件,缩短液-气相的转变时间,加速了气泡成核以及气膜的形成,提高了气泡成核及沸腾传热的效率。
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关键词
气泡成核
表面润湿性
沸腾过程
强化传热
分子动力学
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职称材料
纳米流体稳定性和粘度的影响因素分析
被引量：
8
2
作者
钟桂健
翟玉玲
+1 位作者
包桂蓉
李龙
《材料科学与工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2020年第1期74-80,87,共8页
采用“两步法”制备质量分数为0.5wt%~4.0wt%的Cu-乙二醇纳米流体,研究超声时间、浓度和温度对纳米流体稳定性及粘度的影响。研究结果表明,温度为20℃时,分析经过超声15~75min处理的Cu-乙二醇纳米流体(4.0wt%)粘度发现,超声45min时其粘...
采用“两步法”制备质量分数为0.5wt%~4.0wt%的Cu-乙二醇纳米流体,研究超声时间、浓度和温度对纳米流体稳定性及粘度的影响。研究结果表明,温度为20℃时,分析经过超声15~75min处理的Cu-乙二醇纳米流体(4.0wt%)粘度发现,超声45min时其粘度最大;分析超声45和60min的纳米流体透射电镜(TEM)图像发现,超声45min时其稳定性更优;在乙二醇溶液里添加Cu纳米颗粒会影响流体的粘度,且粘度随粒子质量分数增大而增大,流体稳定性随质量分数增大而减小;Cu-乙二醇纳米流体的粘度随温度的升高而变小。通过分析实验数据,在修正已有的粘度模型基础上,拟合纳米流体粘度与粒子浓度、温度的关系,提出了新的粘度计算公式。根据固溶体的形成机理和能量最低原理对以上现象进行了理论解释。
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关键词
纳米流体
稳定性
超声时间
粘度
温度
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职称材料
颗粒团聚状态对纳米流体热导率的影响
被引量：
3
3
作者
陈文哲
王霜
+1 位作者
翟玉玲
李舟航
《化工进展》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第11期5700-5706,共7页
纳米流体由基液与纳米颗粒组成,因具有优良的热物性而受到广泛关注。颗粒团聚是纳米流体的主要特征之一,对热导率影响显著。目前,通过实验手段很难观察到纳米流体中颗粒由均匀分散到团聚这一过程的微观变化。以铜(Cu)/氩(Ar)纳米流体为...
纳米流体由基液与纳米颗粒组成,因具有优良的热物性而受到广泛关注。颗粒团聚是纳米流体的主要特征之一,对热导率影响显著。目前,通过实验手段很难观察到纳米流体中颗粒由均匀分散到团聚这一过程的微观变化。以铜(Cu)/氩(Ar)纳米流体为研究对象,基于非平衡分子动力学(NEMD)方法对颗粒团聚过程中基液原子的布朗运动及界面层性质进行模拟研究,通过分析均方位移(MSD)及数密度等微观参数得到团聚状态对热导率的影响。结果表明,当颗粒由均匀分散到完全团聚时,热导率逐渐增大,并在团聚时呈现最大值。在完全团聚状态下,基液原子的MSD值比均匀分散状态提高了3%,说明基液原子的布朗运动逐渐增强;同时,界面层的MSD值下降了22%,表明界面层原子活跃程度降低,界面层趋于稳定。通过改变初始颗粒质心距离可将团聚结构分为反应限制团聚(21A,1A=0.1nm)与扩散限制团聚(22A)两种类型。当界面层的数密度由67nm^(-3)升高到72nm^(-3),反应限制团聚向扩散团聚转变;当从67nm^(-3)降至62nm^(-3),扩散限制团聚向反应限制团聚转变,因此界面层密度是影响纳米颗粒团聚结构的主要因素之一。
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关键词
团聚结构
热导率
界面层
纳米流体
分子动力学
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职称材料
题名
微纳尺度池沸腾表面润湿性的气泡成核及强化传热机制
1
作者
白依冉
翟玉玲
戴晶慧
李舟航
机构
昆明理工大学省部共建复杂有色金属重点实验室
出处
《化工进展》
北大核心
2025年第2期743-751,共9页
基金
国家自然科学基金(52266002)。
文摘
为了研究加热表面润湿性对传热的影响,以纳米铜基板上液氩的池沸腾过程为研究对象,从微观角度探究疏水/亲水性表面的气泡成核过程,进而揭示微纳尺度下池沸腾强化传热机制。使用大规模原子/分子并行模拟器LAMMPS构建Cu-Ar池沸腾模型,通过改变界面能量系数α调节表面润湿性程度。在加热温度160K下,研究了α(疏水性α=0.2、0.4、0.5,中性α=1.0以及亲水性α=1.5和2.0)对气泡生长、合并及破裂过程的影响规律。通过气泡核体积、液氩吸收的热流密度以及界面热阻从微观角度分析了铜基板表面液氩池沸腾中的传热机制。结果表明:当α=0.2(超疏水性)时,加热表面向液体的传热量小,界面热阻较大,无气泡生成;当α从0.4增大到2.0时,气泡成核和液膜脱离基板时间分别从7ns缩短到4ns、从8.5ns提前至7ns;在沸腾起始时刻,当α从0.4增大到2.0时,气泡核体积从291.1nm^(3)增大到373.4nm^(3),热流密度从130k W/cm^(2)增大到161.3k W/cm^(2),分别提高了22.1%和19.4%。说明亲水表面比疏水表面具有更强的液固相互作用,在沸腾过程中液氩持续吸收热能,促进了气泡的生长和合并,使气泡成核体积增大。同时,亲水性表面的液膜在气膜形成前吸收了更多的热能,界面热阻更低。总之,亲水性表面提供了更有利的沸腾条件,缩短液-气相的转变时间,加速了气泡成核以及气膜的形成,提高了气泡成核及沸腾传热的效率。
关键词
气泡成核
表面润湿性
沸腾过程
强化传热
分子动力学
Keywords
bubble nucleation
surface wettability
boiling process
heat transfer enhancement
molecular dynamic
分类号
TK124 [动力工程及工程热物理—工程热物理]
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职称材料
题名
纳米流体稳定性和粘度的影响因素分析
被引量：
8
2
作者
钟桂健
翟玉玲
包桂蓉
李龙
机构
昆明理工大学省部共建复杂有色金属重点实验室
冶金与能源工程学院
出处
《材料科学与工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2020年第1期74-80,87,共8页
基金
云南省青年基金资助项目(14051847)
昆明理工大学高层次人才引进资助项目(10978193)
文摘
采用“两步法”制备质量分数为0.5wt%~4.0wt%的Cu-乙二醇纳米流体,研究超声时间、浓度和温度对纳米流体稳定性及粘度的影响。研究结果表明,温度为20℃时,分析经过超声15~75min处理的Cu-乙二醇纳米流体(4.0wt%)粘度发现,超声45min时其粘度最大;分析超声45和60min的纳米流体透射电镜(TEM)图像发现,超声45min时其稳定性更优;在乙二醇溶液里添加Cu纳米颗粒会影响流体的粘度,且粘度随粒子质量分数增大而增大,流体稳定性随质量分数增大而减小;Cu-乙二醇纳米流体的粘度随温度的升高而变小。通过分析实验数据,在修正已有的粘度模型基础上,拟合纳米流体粘度与粒子浓度、温度的关系,提出了新的粘度计算公式。根据固溶体的形成机理和能量最低原理对以上现象进行了理论解释。
关键词
纳米流体
稳定性
超声时间
粘度
温度
Keywords
nanofluids
stability
ultrasonic time
viscosity
temperature
分类号
TB383 [一般工业技术—材料科学与工程]
O552.4 [理学—热学与物质分子运动论]
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职称材料
题名
颗粒团聚状态对纳米流体热导率的影响
被引量：
3
3
作者
陈文哲
王霜
翟玉玲
李舟航
机构
昆明理工大学省部共建复杂有色金属重点实验室
出处
《化工进展》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第11期5700-5706,共7页
基金
国家自然科学基金(52266002)
云南省基础研究项目(202001AT070081)。
文摘
纳米流体由基液与纳米颗粒组成,因具有优良的热物性而受到广泛关注。颗粒团聚是纳米流体的主要特征之一,对热导率影响显著。目前,通过实验手段很难观察到纳米流体中颗粒由均匀分散到团聚这一过程的微观变化。以铜(Cu)/氩(Ar)纳米流体为研究对象,基于非平衡分子动力学(NEMD)方法对颗粒团聚过程中基液原子的布朗运动及界面层性质进行模拟研究,通过分析均方位移(MSD)及数密度等微观参数得到团聚状态对热导率的影响。结果表明,当颗粒由均匀分散到完全团聚时,热导率逐渐增大,并在团聚时呈现最大值。在完全团聚状态下,基液原子的MSD值比均匀分散状态提高了3%,说明基液原子的布朗运动逐渐增强;同时,界面层的MSD值下降了22%,表明界面层原子活跃程度降低,界面层趋于稳定。通过改变初始颗粒质心距离可将团聚结构分为反应限制团聚(21A,1A=0.1nm)与扩散限制团聚(22A)两种类型。当界面层的数密度由67nm^(-3)升高到72nm^(-3),反应限制团聚向扩散团聚转变;当从67nm^(-3)降至62nm^(-3),扩散限制团聚向反应限制团聚转变,因此界面层密度是影响纳米颗粒团聚结构的主要因素之一。
关键词
团聚结构
热导率
界面层
纳米流体
分子动力学
Keywords
aggregation structure
thermal conductivity
interfacial layer
nanofluids
molecular dynamics
分类号
TK124 [动力工程及工程热物理—工程热物理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
微纳尺度池沸腾表面润湿性的气泡成核及强化传热机制
白依冉
翟玉玲
戴晶慧
李舟航
《化工进展》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
纳米流体稳定性和粘度的影响因素分析
钟桂健
翟玉玲
包桂蓉
李龙
《材料科学与工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2020
8
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下载PDF
职称材料
3
颗粒团聚状态对纳米流体热导率的影响
陈文哲
王霜
翟玉玲
李舟航
《化工进展》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
3
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职称材料
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