《低溫石蠟相變微乳液泵送穩定性機理與流變性能研究》是黃莉為項目負責人，寧波大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低溫石蠟相變微乳液泵送穩定性機理與流變性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃莉
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在供冷管網中採用低溫石蠟相變微乳液作為傳熱介質，降低二次循環泵的輸送能耗，是實現集中供冷系統節能的有效途徑。當前開發的相變微乳液存在著泵送穩定性差、在管道輸送中易發生阻塞的問題。本項目立足於微乳液在集中供冷系統中的套用要求，建立微乳液在旋流力場中液-液分離理論模型，研究在泵送條件下石蠟分散相液滴破裂機理與臨界破裂條件，採用理論研究與實驗手段相結合的方法，深入揭示微乳液在不同加速度場、速度場、溫度場作用下的穩定性機理，並提出加強微乳液泵送穩定性的方法與措施；同時，以Metzner非牛頓流體模型為基礎，引入溫度與分散相形態變化的影響因素，建立微乳液在管道輸送過程中層流與紊流區域的流變模型，重點研究微乳液在彎曲管、旁路管和閥門周圍的流動狀態與壓力損失，確定形成石蠟分散相均質流動的臨界流速，並提出防止微乳液在管道中形成阻塞的有效措施。本項目將為實現微乳液在集中供冷系統的套用提供科學依據與理論指導。
結題摘要
基於集中供冷系統的套用要求，針對當前微乳液存在的泵送穩定性差、在管道輸送中易發生阻塞等主要問題，首先通過大量實驗研究了不同組分對微乳液性能的影響，選用了熔點為9 ℃的石蠟作為分散相，脂肪醇聚氧乙烯醚作為表面活性劑以及熔點為54 ℃的石蠟作為晶核劑，製備了系列低溫相變微乳液，並確定了不同組分適合的濃度範圍，其中石蠟分散相質量含量應為20~50%，表面活性劑含量為1.2~2.0%，晶核劑含量為1.5~3.0%。採用以上組分及濃度製備的相變微乳液儲能密度高，過冷度小於2 K，且靜置穩定性能超過2年，在泵送系統中可以經受1,000次以上的相變循環，具備了作為傳熱介質在集中供冷系統中套用的潛力。 其次，以微乳液旋流力場液-液分離理論模型為基礎，綜合考慮在不同溫度與分散相形態的條件下，表面活性劑的作用力與微乳液性能的變化，並採用自製實驗平台研究了微乳液在螺桿泵、離心泵及齒輪泵力場作用下的穩定性能。實驗結果表明，螺桿泵不宜用於微乳液的輸送，而離心泵與齒輪泵適用於泵送石蠟濃度不超過50%的微乳液。其中，離心泵尤其適用於石蠟濃度不超過30%的微乳液，石蠟濃度超過30%的微乳液可採用齒輪泵。另外，管路中應儘量避免採用過多彎頭、閥門等零部件，以避免泵的負荷太重、壓力太大而出現泵體損壞；在進行熱交換時應儘量避免泵送微乳液，即只泵送加熱/製冷設備一側的傳熱介質，避免出現微乳液破乳的現象，實際套用中可採用具有內置式換熱盤管的儲罐。 最後，對微乳液的蓄熱性能與流變性能進行了研究。實驗結果表明，微乳液的儲能容量隨著石蠟濃度的增加而呈線性增長，在傳統的冷凍水進/出水6 K的溫差範圍內，其儲能容量達到50~150 kJ/k，為水的2~6倍；同時採用修正的Metzner 模型得出了微乳液在層流與紊流區域的摩擦係數與雷諾數的理論關係曲線，通過實驗手段確定了臨界雷諾數為2,100~2,200；並得出在流速為0.5～1.0 m/s的範圍內，石蠟含量為30%的微乳液水頭損失為水的1.5~3倍。因此，採用石蠟濃度為20~50%的相變微乳液作為傳熱載體可以有效降低集中供冷管網的二次輸送泵功，達到節能的效果。項目的研究成果為實現微乳液在集中供冷系統的套用提供了科學依據與理論指導。
