鐵酸鋅納米強(qiáng)化氨水發(fā)生過程實(shí)驗(yàn)研究

李彥軍杜塏李舒宏陳向陽江巍雪

（1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院 南京 210096；2江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 210007）

鐵酸鋅納米強(qiáng)化氨水發(fā)生過程實(shí)驗(yàn)研究

李彥軍1，2杜塏1李舒宏1陳向陽2江巍雪1

（1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院 南京 210096；2江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 210007）

本文提出一種可直接測試有、無納米氨水溶液氨氣發(fā)生量的氨水納米降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)裝置，通過實(shí)驗(yàn)對比分析了0%～0.5%質(zhì)量濃度的納米和分散劑、25%～40%質(zhì)量濃度的氨水以及加熱水溫度對氨氣發(fā)生率和相對發(fā)生率的影響。研究表明：添加合適質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鐵酸鋅（ZnFe2O4）和十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）配制的氨水納米流體可以增加氨氣發(fā)生率。當(dāng)氨水基液質(zhì)量濃度為25%～40%時，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%的ZnFe2O4和0.05%的SDBS，氨氣發(fā)生率比原相應(yīng)濃度的氨水基液約增加60%。但只添加分散劑SDBS會對氨氣發(fā)生產(chǎn)生一定的抑制作用。選擇分散劑用量時需兼顧分散穩(wěn)定性和對發(fā)生起正或副作用，以達(dá)到最優(yōu)效果。因此將納米應(yīng)用于吸收式制冷系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的COP具有較廣闊的前景。

氨水吸收式制冷機(jī)；納米流體；降膜發(fā)生率；鐵酸鋅（ZnFe2O4）

隨著環(huán)境和氣候的逐漸惡化，低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展成為人類社會未來發(fā)展的必然選擇，節(jié)能、減排和降耗已被擺在人類前所未有的戰(zhàn)略高度。部分氯氟烴類制冷劑對大氣臭氧層產(chǎn)生破壞作用并引發(fā)了溫室效應(yīng)。

2011年北極上空首次出現(xiàn)的臭氧空洞再次向氟利昂制冷劑的使用敲響了警鐘，人們在尋求替代工質(zhì)的過程中，重新對氨和水這種具有良好環(huán)境可接受性的自然工質(zhì)重視起來。吸收式制冷采用氨或水作為制冷劑，具有廢熱的綜合利用、環(huán)境污染間接治理和對大氣臭氧層無破壞作用等優(yōu)點(diǎn)。但是吸收式制冷也存在明顯的缺點(diǎn)，如熱力系數(shù)較低，設(shè)備比較龐大，不利于小型化應(yīng)用等。因此，如何提高機(jī)組運(yùn)行熱力系數(shù)以及使設(shè)備小型化是促進(jìn)吸收式制冷技術(shù)推廣的兩大研究課題。卞宜峰等［1］指出吸收式制冷的發(fā)展在當(dāng)今節(jié)能與環(huán)保兩大主題之下得到了人們高度重視，其中吸收式制冷工質(zhì)對的發(fā)展作為吸收式制冷的核心技術(shù)尤其重要。近年來，部分研究者開始對吸收式工質(zhì)對方面進(jìn)行系統(tǒng)研究［2-3］。

自1995年，Choi S U S等［4］提出了一個嶄新的概念（納米流體）以來，納米流體技術(shù)在工程熱物理領(lǐng)域中已得到了深入的研究。研究結(jié)果表明：1）納米流體的粘度會增加［5］。2）納米流體的有效導(dǎo)熱系數(shù)會增加［6］。3）納米流體的對流換熱系數(shù)會增加［7］。而且，納米流體能強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)效果［8-9］。由此，納米流體的快速發(fā)展也給傳統(tǒng)吸收式制冷系統(tǒng)的研究帶來了蓬勃生機(jī)。

目前將納米流體應(yīng)用于氨水吸收式制冷系統(tǒng)的研究主要是關(guān)于納米顆粒強(qiáng)化吸收的研究。2007年Kim J K等［10-11］進(jìn)行了在氨水溶液中添加Cu、CuO納米顆粒和表面活性劑的鼓泡吸收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明單純加入納米顆粒吸收率可提高到3.21倍；同時加入納米顆粒和表面活性劑可提高到5.32倍。但是由于Cu和CuO納米顆粒都易與氨水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成銅氨絡(luò)離子，很難在氨水中長期穩(wěn)定存在，故Cu和CuO納米顆粒并不適用于氨水系統(tǒng)。2007年Kang Y T等［12］進(jìn)行了在氨水中添加碳納米管的鼓泡吸收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示在添加了質(zhì)量濃度為0.001%的碳納米管后，氨水的吸收過程的傳熱和傳質(zhì)效率分別提高了20%和29.4%。蘇風(fēng)民等［13］通過對碳納米管的表面改性，在不使用分散劑的情況下配制了氨水納米流體，并進(jìn)行了鼓泡吸收實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明吸收強(qiáng)化效果隨納米質(zhì)量百分比的增加而先增后降，隨氨水初始濃度的增加而下降。盛偉等［14］采用Al2O3納米顆粒進(jìn)行氨水鼓泡吸收性能研究，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)化效果最大有效吸收率達(dá)到1.22。杜塏等［15］在氨水中添加納米和分散劑配制出穩(wěn)定分散的氨水納米流體，并進(jìn)行了氨水納米降膜吸收實(shí)驗(yàn)，研究表明當(dāng)氨水基液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，添加分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的SDBS，F(xiàn)e2O3和ZnFe2O4納米流體的有效吸收比分別提高了大約70%和50%。

綜上所述，氨水納米應(yīng)用于氨水吸收式制冷系統(tǒng)中的吸收過程已有初步研究成果，并取得了較好的強(qiáng)化吸收效果。但是國內(nèi)外關(guān)于將納米應(yīng)用于發(fā)生過程的研究的報道較少。豎管降膜發(fā)生研究在吸收式制冷中也有著較為廣泛的應(yīng)用潛力［16］。因此，本文提出一種氨水納米降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)裝置，針對有、無納米的氨水溶液，通過實(shí)驗(yàn)對比分析了不同納米濃度、分散劑濃度、不同氨水濃度以及熱源溫度對降膜過程的氨氣發(fā)生率、相對發(fā)生率的影響。

1 納米溶液配液

實(shí)驗(yàn)采用鐵酸鋅（ZnFe2O4）作為測試原料。Zn-Fe2O4納米顆粒具體參數(shù)見表1，其TEM如圖1所示。表面活性劑選用十二烷基苯磺酸鈉（即SDBS）。

表1 ZnFe2O4納米粒子的各項參數(shù)Tab.1 The parameters of the ZnFe2O4nanoparticles

圖1 ZnFe2O4納米顆粒TEM圖Fig.1 Transm ission electron m icroscopy（TEM）image of ZnFe2O4nanoparticles

在質(zhì)量濃度為25%的氨水溶液基液中，加入質(zhì)量百分比為0.1%的納米鐵酸鋅，再分別加入質(zhì)量濃度為0%、0.05%的SDBS表面活性劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，靜置48 h后，發(fā)現(xiàn)：未添加分散劑的納米溶液幾乎全部沉淀，而添加分散劑的納米溶液分散穩(wěn)定性良好。分散前后對比效果見圖2所示。

高濃度氨水溶液的配制是在實(shí)驗(yàn)室已有的鼓泡吸收器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，鼓泡吸收實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。鼓泡吸收過程中產(chǎn)生的吸收熱通過吸收器內(nèi)部的冷卻水盤管及時帶走。鼓泡吸收配制的氨水溶液濃度是在配置溶液充分穩(wěn)定后，通過測得溶液的溫度和壓力，根據(jù)飽和氨水溶液的性質(zhì)計算得到。因此，通過控制鼓泡吸收器內(nèi)部的壓力和溫度可以獲得實(shí)驗(yàn)所需的一定濃度的飽和氨水溶液。氨水鐵酸鋅納米溶液配置流程如圖4所示。

為了獲得均勻分散性良好的氨水納米溶液，采用添加活性劑來表面修飾，結(jié)合物理超聲和機(jī)械攪拌的物理方法來分散納米顆粒。納米流體制備［17］好后再經(jīng)過2 h和的磁力剪切和30 min的超聲水浴。將制備好的納米流體靜置1 h，當(dāng)表面活性劑因振動產(chǎn)生的氣泡消失后，再開始進(jìn)行降膜發(fā)生對比實(shí)驗(yàn)。

圖2 鐵酸鋅納米氨水溶液有無分散劑（SDBS）添加對比圖Fig.2 Com parison between ZnFe2O4ammonia water nanofluid without surfactant and that with suitable amount of surfactant（SDBS）

圖3 實(shí)驗(yàn)用氨水納米流體混合圖Fig.3 Schem atic diagram of the experimental system for m ixing NH3／H2O and nanoparticles bubbling absorber

圖4 氨水鐵酸鋅納米溶液配置流程圖Fig.4 The flow diagram for preparing high concentration of ammonia-water nanofluid with ZnFe2O4

2 氨水降膜發(fā)生裝置與實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

氨水降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)流程如圖5所示。因?qū)嶒?yàn)工質(zhì)為氨水或氨水納米溶液，故測試系統(tǒng)中與氨氣或氨水接觸的實(shí)驗(yàn)裝置、連接管、附屬材料均選用不銹鋼材料。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由發(fā)生裝置、鼓泡吸收裝置、加熱裝置、冷卻裝置和測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理

2.2.1 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)流程如下：

1）分別對配液罐和稀溶液罐進(jìn)行稱重。

2）將配液罐和稀溶液罐接入降膜發(fā)生系統(tǒng)，并打開計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3）對降膜發(fā)生系統(tǒng)抽真空，充入氨氣，使系統(tǒng)處于實(shí)驗(yàn)工況的壓力（pg=0.2 MPa）條件下。

4）將待發(fā)生的溶液裝入濃溶液罐后，打開熱水系統(tǒng)對濃溶液罐內(nèi)部溶液進(jìn)行預(yù)熱。待濃溶液罐內(nèi)達(dá)到預(yù)熱溫度后，開始降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)。

5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉各閥門及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將稀溶液罐從系統(tǒng)中拆下并稱量標(biāo)記。

6）待降膜系統(tǒng)清洗后，重新將同樣體積的對比實(shí)驗(yàn)溶液充入配液罐，重復(fù)步驟1）～5），開始下一次對比實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理和計算

為檢驗(yàn)降膜發(fā)生效果，實(shí)驗(yàn)定義了降膜發(fā)生量。在相同實(shí)驗(yàn)工況前提下通過對比降膜發(fā)生量的大小，來分析氨水溶液中添加納米顆粒是否會強(qiáng)化降膜發(fā)生的效果。稱量降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)前后溶液質(zhì)量，溶液質(zhì)量的減少量即為降膜發(fā)生過程的氨氣發(fā)生量。

式中：mg為氨氣的降膜發(fā)生量，g；mini為發(fā)生前濃氨水質(zhì)量，g；mfin為發(fā)生后稀氨水質(zhì)量，g。

為了表示發(fā)生效率高低，本文定義了發(fā)生率和相對發(fā)生率如下式：

式中：i為發(fā)生率，g／s；mg為氨氣的降膜發(fā)生量，g；τ為降膜發(fā)生有效時間，s。

圖5 降膜發(fā)生系統(tǒng)流程圖Fig.5 Schematic diagram of the experimental system for NH3／H2O falling film generation

式中：ieff為相對發(fā)生率；inf為氨水納米流體的發(fā)生速率，g／s；ibf為純氨水的發(fā)生率，g／s。

為了減少因?qū)嶒?yàn)測量誤差引起的測試數(shù)據(jù)的較大偏差，每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，均采用多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的辦法。在最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，采用多次測量值的平均值作為最終的評價數(shù)據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 納米質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

測試不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZnFe2O4并分別添加分散劑SDBS（w（ZnFe2O4）與 w（SDBS）分別為：0%+ 0%，0.1%+0.05%，0.2%+0.1%，0.3%+0.15%，0.4%+0.2%，0.5%+0.25%）和同一濃度的氨水基液（氨水質(zhì)量濃度為30%）后，進(jìn)行納米流體降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)。發(fā)生效果如圖6所示。

圖6 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZnFe2O4納米流體的氨氣發(fā)生率和相對發(fā)生率Fig.6 Variation of generation rate and effective generation ratio with the increase in mass fraction of ZnFe2O4nano-particles m ixed with optimal surfactants

由圖6可知，氨氣發(fā)生率并未隨納米濃度的增加呈正比例增加。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0% ～0.3%時，發(fā)生率為增加趨勢，在0.4%之后發(fā)生率處于降低趨勢或趨于平穩(wěn)。同時，圖6給出了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Zn-Fe2O4相對于同濃度氨水基液的相對發(fā)生率。從圖中可以看到相對于基液，添加納米顆粒都出現(xiàn)了不同程度的增加。在納米質(zhì)量濃度0.3%處相對發(fā)生率增加了近一倍多，之后增加趨于平穩(wěn)。

分析添加納米后氨氣發(fā)生率增加的原因?yàn)椋?/p>

1）添加鐵酸鋅納米顆粒后，氨水納米溶液的導(dǎo)熱系數(shù)有所提高；

2）納米顆粒增加了沸騰成核的有效核化點(diǎn)。

ZnFe2O4納米顆粒與加熱面之間形成了許多貯氣的凹坑［18］。根據(jù)壁面上氣泡成核理論，顆粒的存在增加了加熱面上的有效汽化核心數(shù)，強(qiáng)化了沸騰換熱。

Kim J等［19］認(rèn)為，吸收率與納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比關(guān)系；Yang L等［15］認(rèn)為，降膜吸收存在最佳納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但是，氨氣發(fā)生率的增加并非隨著ZnFe2O4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加持續(xù)增加，而是存在一個最佳點(diǎn)。發(fā)生此種情況的原因可能是在納米顆粒低濃度情況下，由于導(dǎo)熱系數(shù)較基液增加以及納米顆粒的存在引起沸騰底層的改變，致使氨水在降膜管表面的汽化核心增加。但是隨著納米顆粒的增加，導(dǎo)熱系數(shù)的增大和有效汽化核心的增加，使產(chǎn)生的更多的氣泡阻礙了納米顆粒進(jìn)一步靠近或滲入到沸騰底層，有效汽化核心不會進(jìn)一步增加。

圖7 鐵酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對氨水納米溶液粘度的影響（w（SDBS）=1.2%）Fig.7 Influence on viscosity of ammonia nanofluid by different mass fraction of ZnFe2O4nano-particles （w（SDBS）=1.2%）

此外，添加鐵酸鋅納米的氨水溶液再添加SDBS后，黏度出現(xiàn)先降低后升高的趨勢，如圖7所示。關(guān)于黏度先降后升的機(jī)理研究見文獻(xiàn)［20］。因此黏度在鐵酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%附近處于低谷，此時溶液中的氣泡易于溢出液膜表面，增加了氨氣發(fā)生率。

故采用ZnFe2O4納米顆粒強(qiáng)化氨水降膜發(fā)生時，對于納米顆粒的添加量存在著一個臨界值。

3.2 氨水濃度的影響

由圖8可知，隨著氨水質(zhì)量濃度的增加，氨氣發(fā)生率增加，這是由于初始濃度增加（溶液中低沸點(diǎn)質(zhì)量組分的增加）導(dǎo)致溶液的發(fā)生潛力增加。在同樣的加熱溫度下，有無納米兩種情況下氨氣發(fā)生率均增加。有納米的溶液氨氣發(fā)生率均高于同濃度下氨水的氨氣發(fā)生率。

不同濃度的氨水，氨氣相對發(fā)生率，基本上保持在1.60左右，即添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%鐵酸鋅納米和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的SDBS后，氨水納米溶液的氨氣發(fā)生率較原基液氨水增加約60%。但是，氨氣發(fā)生率的增加并未隨著濃度增加，出現(xiàn)有高濃度氨水納米溶液的增加量高于低濃度氨水溶液。

圖8 不同初始氨水濃度的納米流體的氨氣發(fā)生率與相對發(fā)生率（THW=85℃，ξAW=30%，w（ZnFe2O4）=0.1%，w（SDBS）=0.05%）Fig.8 Variation of generation rate and effective generation ratio of optimal nanofluid when mass fraction of ammonia in initial solution varies（THW=85℃，ξAW=30%，w（ZnFe2O4）=0.1%，w（SDBS）=0.05%）

3.3 加熱熱水溫度對發(fā)生的影響

加熱熱水溫度對氨氣發(fā)生率的影響如圖9所示。實(shí)驗(yàn)熱源采用65～85℃之間熱水，研究有、無鐵酸鋅納米兩種情況下氨氣發(fā)生的情況。其中，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的氨水及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%鐵酸鋅納米和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的SDBS作為有納米情況下的測試流體。

圖9 加熱溫度對氨氣發(fā)生率和相對發(fā)生率的影響Fig.9 The variation of the generation rate and effective generation ratio of the temperature of the heating water varies

由圖9可知，隨著加熱溫度的增加，在有無納米兩種情形下氨氣發(fā)生率有增加趨勢。氨氣的相對發(fā)生率約為1.65。同時，有納米氨水溶液都較同加熱溫度情形下氨氣發(fā)生率有較大增加。

3.4分散劑濃度的影響

由圖10可知，只添加分散劑SDBS而不添加納米工況下，氨水溶液氨氣發(fā)生率和氨氣相對發(fā)生率都隨著分散劑濃度的增加而降低，亦即分散劑SDBS本身對氨水發(fā)生過程起抑制作用。這是由于SDBS本身黏度很大，它的添加增加了氨水溶液的黏度。同時由于SDBS具有起泡劑效果，它的加入對氨水的發(fā)生起抑制作用，可能會導(dǎo)致氣泡發(fā)生核心減少，氣泡溢出液膜表面阻力增加等。因此，在選擇分散劑時，需兼顧納米分散穩(wěn)定性及其對氨氣發(fā)生起促進(jìn)作用還是抑制作用，在此基礎(chǔ)上再選擇分散劑的濃度。

圖10 氨氣發(fā)生率與相對發(fā)生率隨活性劑SDBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線（THW=85℃，ξAW=30%）Fig.10 Variation of generation rate and effective generation ratio with the increase in mass fraction of surfactant （THW=85℃，ξAW=30%）

3.5 發(fā)生前后納米氨水溶液穩(wěn)定性對比

圖11所示為經(jīng)過高溫處理的納米流體與未經(jīng)高溫處理的納米流體的對比照片，圖中大試管內(nèi)為經(jīng)過高溫處理氨水納米流體，小試管內(nèi)為未經(jīng)高溫處理的納米流體。由圖11中可知，第一組和第二組經(jīng)過高溫處理后納米流體的渾濁度明顯降低，部分納米發(fā)生明顯沉降。第三組沉降不明顯，經(jīng)過吸光度分析發(fā)現(xiàn)高溫處理后比吸光度相對于發(fā)生前下降約20%。

對于ZnFe2O4這類需要添加表面活性劑才能較好分散的氨水納米溶液，雖然高溫處理對其有一定的不利影響，但是考慮到?jīng)]有表面活性劑時納米顆粒自身分散性較差，因此在氨水納米溶液發(fā)生實(shí)驗(yàn)中仍需使用表面活性劑。

圖11 高溫處理前后納米流體對比照片（從左（加熱前）到右（加熱后）三組中w（SDBS）=0.2%，0.1%，0.05%）Fig.11 Comparison between before and after heating treatment nanofluids（from left（before heating）to right （after heating），the mass-fraction of SDBS in 3 goups are 0.2%，0.1%and 0.05%respectively）

3.6 納米強(qiáng)化氨水降膜發(fā)生過程溶液熱力學(xué)分析

在氨水吸收式制冷系統(tǒng)降膜發(fā)生器中，傳熱傳質(zhì)的主要阻力在氣液界面和溶液側(cè)，在發(fā)生過程中有可能出現(xiàn)表面蒸發(fā)和泡核沸騰兩種蒸發(fā)情形。若加熱熱流密度低，則僅在溶液表面發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。由于加熱壁面與液膜進(jìn)行熱傳導(dǎo)及對流換熱和氣液界面處的溶液層不斷蒸發(fā)出氨蒸氣，因此在垂直薄膜流動方向及薄膜的厚度方向，形成了溫度梯度和濃度梯度，氣液界面處的溶液表面層的溫度和濃度比較低，根據(jù)惠特曼（Whitman）的雙膜理論，無論氣液兩相是否達(dá)到平衡，在相界面處（微小空間）氣液總是處于平衡狀態(tài)。由質(zhì)擴(kuò)散斐克（Fick）定律可知，某組分質(zhì)量的傳遞率=擴(kuò)散率×傳遞的推動力。發(fā)生過程中組分遷移的推動力是壓力差pg?-pg，其中pg?是與發(fā)生溶液溫度、濃度相對應(yīng)的溶液表面飽和氨蒸氣壓力，pg是氣相氨氣的分壓力。隨著發(fā)生過程的進(jìn)行，溶液溫度升高，液相中氨濃度降低，pg?也隨之降低，發(fā)生推動力（壓差）減小。如果在氨水溶液中加入一定的納米顆粒形成氣-液-固三相流的納米流體，會強(qiáng)化溶液的內(nèi)部與外部氣體空間擾動，同時粒子與粒子、粒子與液體、粒子與壁面間的相互作用（內(nèi)部擾動）及碰撞會均化薄膜的厚度方向的濃度場與溫度場，增加了與溶液表面層溫度及濃度相對應(yīng)的飽和氨蒸氣壓力pg?，增大發(fā)生過程的推動壓差pg?-pg，強(qiáng)化了發(fā)生過程。若加熱熱流密度大，則會在加熱表面產(chǎn)生氣泡即泡核沸騰，在溶液表面也伴有表面蒸發(fā)。如已有文獻(xiàn)所述，流動沸騰中添加納米顆粒對換熱系數(shù)均有所加強(qiáng)，若同時發(fā)生泡核沸騰和表面蒸發(fā)，納米顆粒的加入均能對換熱起到強(qiáng)化作用。

4 結(jié)論

本文采用添加合適質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0% ～0.5%）的ZnFe2O4和SDBS（0% ～0.25%）配制的氨水納米流體進(jìn)行了降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

1）ZnFe2O4納米氨水溶液可以增加氨氣發(fā)生率。但是，氨氣發(fā)生率增加并非隨著ZnFe2O4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加持續(xù)增加，而是存在一個最佳點(diǎn)（約為0.3%）。

2）當(dāng)氨水基液濃度在25%～40%間添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的ZnFe2O4和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的SDBS時，進(jìn)行降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氨氣發(fā)生率比原相應(yīng)濃度的氨水基液約增加60%。

3）進(jìn)行降膜發(fā)生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只添加分散劑SDBS （0% ～0.5%）時會對氨氣發(fā)生產(chǎn)生一定的抑制作用。SDBS濃度增加與抑制氨氣發(fā)生率呈現(xiàn)線性降低規(guī)律。選擇分散劑需兼顧分散穩(wěn)定性和對發(fā)生起促進(jìn)還是抑制作用，以達(dá)到最優(yōu)效果。

4）選擇適宜比例的分散劑（0.05%）和納米顆粒（0.1%）可避免發(fā)生之后納米溶液出現(xiàn)沉淀。結(jié)合納米溶液在氨水吸收方面取得的強(qiáng)化吸收效果，預(yù)測納米溶液應(yīng)用于氨水吸收式制冷系統(tǒng)具有強(qiáng)化發(fā)生和吸收的雙重效果，因此將該納米氨水溶液應(yīng)用于氨水吸收式制冷系統(tǒng)對提高整個系統(tǒng)的效率COP可能具有較廣闊的前景。

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About the corresponding author

Du Kai，male，Ph.D.tutor／professor，School of Energy＆Environment，Southeast University，+86 25-83793214，E-mail：dukai＠seu.edu.cn.Research fields：refrigeration and air conditioning technology，new-type and efficient of ammonia absorption refrigeration system，application of low-phase energy in refrigeration and air conditioning system.

Experimental Investigation on Enhancement of Ammonia-water Falling Film Generation by Adding ZnFe2O4Nano-particles

Li Yanjun1，2Du Kai1Li Shuhong1Chen Xiangyang2Jiang Weixue1

（1.School of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing，210096，China；2.Jiangsu Product Quality Testing＆Inspection Institute，Nanjing，210007，China）

This paper presents a falling film generating apparatus for testing ammonia vapor generation rate with／without nanoparticles. The comparative experiments were conducted to study the influence of the nanoparticle and surfactant with their mass fraction varying from 0%to 0.5%，the ammonia-water with the concentration varying from 25%to 40%，and the temperature of the hot water on ammonia vapor generation rate.Adding the optimal mass fraction of Zinc Ferrite（ZnFe2O4）with sodium dodecyl benzene sulfonate（SDBS）into ammonia water can significantly improve the generation rate of ammonia vapor.The effective generation ratio can be increased by 60%with the mass fraction of 0.1%ZnFe2O4and the mass fraction of 0.05%SDBS when the concentration of the base fluid ammonia-water varies from 25%to 40%.However，only adding the dispersant SDBS will weaken the generation rate of ammonia vapor.In order to achieve optimal result，both positive and negative effects of dispersant on generation process are need to be taken into account.In view of the enhancement of ammonia-water nanofluid on generation process，the development of AARS should have a more promising future for their commercial application.

ammonia-water absorption refrigeration；nanofluids；falling film generation rate；Zinc ferrite（ZnFe2O4）

TB651+.2；TB383

A

0253-4339（2016）06-0071-08

10.3969／j.issn.0253-4339.2016.06.071

簡介

杜塏，男，教授，博士生導(dǎo)師，東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，（025）83793214，E-mail：du-kai＠seu.edu.cn。研究方向：制冷空調(diào)新技術(shù)、新型高效氨水吸收制冷系統(tǒng)、低位能源在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用等。

國家自然科學(xué)基金（51176029、51476026）資助項目。（The project was supported by the National Natural Science Foundation of China （No.51176029＆No.51476026）.）

2016年3月12日