外部擾動(dòng)對(duì)TiO2-MDEA納米流體吸收CO2影響的研究

楊 柳，孔成棟，張忠孝，劉 健

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200240)

化學(xué)吸收法是一種較成熟的CO2捕集技術(shù)[1-2]，其對(duì)CO2的去除率高達(dá)95%[3-4]，但是由于存在設(shè)備腐蝕、吸收劑降解和吸收劑再生能耗高[5-7]等問題，其發(fā)展受到限制。因此，大量新型吸收劑開發(fā)研究工作正在廣泛開展，以解決化學(xué)吸收法存在的問題。

在眾多新型吸收劑中，納米流體自提出以來，在強(qiáng)化氣液傳質(zhì)方面受到研究者的廣泛關(guān)注。Krishnamurthy等[8]通過觀察熒光染料液滴在納米流體和水中的擴(kuò)散情況，發(fā)現(xiàn)納米流體可強(qiáng)化傳質(zhì)過程。之后，納米流體被應(yīng)用于CO吸收，并被證明可提高常規(guī)吸收劑的CO2吸收速率[9-11]。如唐忠利等[9]通過鼓泡實(shí)驗(yàn)研究了基于乙醇(C2H5OH)的納米流體對(duì)CO2的吸收效果。結(jié)果表明，納米流體可以強(qiáng)化乙醇吸收CO2，并且強(qiáng)化效果隨著納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)。孫超杰[10]則采用實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法研究了不同種類的納米流體對(duì)CO2吸收的強(qiáng)化效果，指出基于乙醇胺(MEA)的不同納米流體強(qiáng)化效果排序?yàn)椋篢iO2-MEA>MgO-MEA>SiO2-MEA。Salimi等[11]研究了磁性納米流體在磁性環(huán)境中對(duì)水吸收CO2的影響，指出Fe3O4-水和NiO-水納米流體在最佳顆粒體積分?jǐn)?shù)分別為0.005%和0.01%時(shí)強(qiáng)化效果達(dá)到最大，分別為12%和9.5%；磁性壞境更能增強(qiáng)CO2的吸收效果。

關(guān)于納米流體的強(qiáng)化機(jī)理，學(xué)者們利用實(shí)驗(yàn)和模擬方法進(jìn)行了深入研究，已得到3種主要強(qiáng)化機(jī)理，包括傳輸理論、邊界層混合理論和阻止氣泡聚并理論[12]。但由于實(shí)際工況復(fù)雜多變，且3種機(jī)理相互耦合、共同強(qiáng)化CO2吸收過程，導(dǎo)致許多研究?jī)H停留于宏觀現(xiàn)象解釋，不能得出不同工況下的具體控制機(jī)理。事實(shí)上，3種控制機(jī)理具有空間尺度差異。傳輸理論和邊界層混合理論主要解釋氣-液界面處的強(qiáng)化效果，具有局部小尺度特征；阻止氣泡聚并理論則由于氣泡可大可小，因而具有多尺度特征。如果能根據(jù)尺度上的差異設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將有助于相關(guān)機(jī)理的研究。

針對(duì)氣泡的多尺度特點(diǎn)，通過引入不同外部擾動(dòng)來改變氣泡尺寸分布和數(shù)量，從而分析阻止氣泡聚并機(jī)理在實(shí)際納米流體強(qiáng)化CO2吸收中的作用。筆者通過改變氣體體積流量、添加電磁攪拌和超聲振動(dòng)3種不同尺度的擾動(dòng)方法，來改變納米流體吸收系統(tǒng)中的氣泡尺寸分布和數(shù)量，進(jìn)而對(duì)比分析納米流體強(qiáng)化CO2化學(xué)吸收的內(nèi)在機(jī)理?；贜-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液的實(shí)用性以及吸收速率慢、解吸能耗低的特性[13]，筆者采用TiO2納米顆粒與MDEA溶液的混合液作為吸收劑，首先研究納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顆粒粒徑對(duì)強(qiáng)化作用的影響，再研究納米流體強(qiáng)化CO2吸收效果隨外部擾動(dòng)的變化規(guī)律，從而明確阻止氣泡聚并機(jī)理的重要性。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 納米流體的制備

采用“兩步法”制備納米流體。首先，量取一定體積、純度為99.99%的MDEA溶液(由上海僑怡生物科技有限公司提供,99.99%指MDEA的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，與去離子水混合配置成MDEA水溶液，MDEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。其次，稱取一定質(zhì)量的TiO2納米顆粒(由上海麥克林生化有限公司提供)，加入到MDEA水溶液中攪拌均勻。最后，為得到分散性和穩(wěn)定性良好的納米流體，采用TL-1000Y超聲波細(xì)胞破碎儀將得到的顆粒懸浮液超聲處理1 h。圖1為同一納米流體靜置0 h和12 h后的狀態(tài)圖片，其中TiO2納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、粒徑為40 nm，MDEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。由圖1可知，所制備納米流體具有良好的分散性和穩(wěn)定性。

圖1 同一納米流體靜置0 h和12 h后的狀態(tài)圖片F(xiàn)ig.1 States of the same nanofluid after standing for0 hour and 12 hours, respectively

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及步驟

設(shè)計(jì)和搭建了在線鼓泡實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行CO2吸收實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括進(jìn)氣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)3部分。進(jìn)氣系統(tǒng)包括CO2高壓鋼瓶氣、N2高壓鋼瓶氣以及2個(gè)質(zhì)量流量計(jì)(MFC)。其中，質(zhì)量流量計(jì)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接到電腦端，可實(shí)現(xiàn)氣體質(zhì)量流量的在線控制。反應(yīng)系統(tǒng)由多角燒瓶、恒溫加熱套和干燥設(shè)備組成。檢測(cè)系統(tǒng)由GXH-3010 E1華云煙氣分析儀組成，可對(duì)CO2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄。

圖2 鼓泡吸收實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 Schematic diagram of the bubble absorptionexperimental setup

實(shí)驗(yàn)過程中，在MFC的控制下高壓鋼瓶中的高純度(99.99%)CO2氣體(由上海偉創(chuàng)標(biāo)準(zhǔn)氣體分析技術(shù)有限公司提供)和N2氣體(由上海液化空氣壓縮氣體有限公司提供)以1∶1的體積流量進(jìn)行混合，得到待分離混合氣體,其中CO2體積分?jǐn)?shù)為50%。本研究主要針對(duì)膜分離-化學(xué)吸收聯(lián)合法[3]中第二級(jí)(膜分離后)較高CO2體積分?jǐn)?shù)的煙氣進(jìn)行納米吸收劑的開發(fā)，故采用體積分?jǐn)?shù)為50%的CO2。隨后，混合氣體通入裝有400 mL吸收劑的多角燒瓶中，由位于多角燒瓶底部的噴嘴噴出，并均勻產(chǎn)生氣泡。氣泡在上升過程中與吸收劑進(jìn)行反應(yīng)。多角燒瓶放置在恒溫套內(nèi)以控制反應(yīng)溫度。實(shí)驗(yàn)中，吸收劑溫度保持在25 ℃。反應(yīng)后的余氣采用無水硅膠進(jìn)行干燥處理，隨后進(jìn)入煙氣分析儀檢測(cè)其CO2體積分?jǐn)?shù)。每次實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間60 min，實(shí)時(shí)記錄不同時(shí)刻煙氣分析儀顯示的CO2體積分?jǐn)?shù)。通過與初始CO2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較，得到CO2體積分?jǐn)?shù)減少量Δφ，來表征系統(tǒng)的CO2吸收速率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

相同時(shí)刻，不同納米流體對(duì)應(yīng)的CO2體積分?jǐn)?shù)減少量Δφ與30%MDEA水溶液對(duì)應(yīng)的CO2體積分?jǐn)?shù)減少量的比值可用來表示不同溶液對(duì)CO2吸收的強(qiáng)化效果。圖3給出了CO2體積分?jǐn)?shù)減少量Δφ隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線。由圖3可以看出，隨著時(shí)間的推移，CO2體積分?jǐn)?shù)減少量Δφ在60 min內(nèi)先增大，而后趨于穩(wěn)定，即Δφ與反應(yīng)時(shí)間有關(guān)。為了減小瞬時(shí)誤差，引入60 min內(nèi)總的CO2體積分?jǐn)?shù)減少量Δφ1-60 min來表征平均吸收速率。

圖3 CO2體積分?jǐn)?shù)減少量Δφ隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線Fig.3 Variation of CO2 concentration reductionΔφ with reaction time

(1)

式中：Δφt為t時(shí)刻CO2體積分?jǐn)?shù)的減少量；φin為反應(yīng)前CO2的初始體積分?jǐn)?shù)；φre,t為反應(yīng)后t時(shí)刻CO2的體積分?jǐn)?shù)。

此外，為了說明納米流體的強(qiáng)化效果，分別引入強(qiáng)化因子E1和E2，其計(jì)算如式(2)和式(3)所示。E1表示納米流體的強(qiáng)化效果，E2表示擾動(dòng)(電磁攪拌和超聲振動(dòng))對(duì)納米流體強(qiáng)化效果的影響。

(2)

(3)

式中：(Δφ1-60 min)nanofluid和(Δφ1-60 min)pure-MDEA分別為60 min反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，通過納米流體和MDEA水溶液吸收后CO2體積分?jǐn)?shù)減少量；E1,tur和E1,no-tur分別為在吸收過程中施加和不施加電磁攪拌、超聲振動(dòng)等擾動(dòng)時(shí)，納米流體相對(duì)于30%MDEA水溶液的強(qiáng)化因子。

根據(jù)E1和E2的定義，當(dāng)E1大于1時(shí)，表示在相同流動(dòng)條件下，納米流體具有強(qiáng)化作用，即吸收速率相對(duì)增大；反之，當(dāng)E1小于1時(shí)，吸收速率相對(duì)減小。當(dāng)E2大于1時(shí)，說明擾動(dòng)的存在使納米流體的強(qiáng)化效果得到增強(qiáng);當(dāng)E2小于1時(shí)，說明擾動(dòng)使納米流體的強(qiáng)化效果減弱。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，進(jìn)行了多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，取實(shí)驗(yàn)平均值為最終實(shí)驗(yàn)值，以消除系統(tǒng)誤差。實(shí)驗(yàn)所涉及的具體工況見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)工況

2 結(jié)果與分析

2.1 顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

圖4給出了混合氣體總體積流量為1 L/min，MDEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，TiO2顆粒粒徑為40 nm時(shí)，E1隨TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線。由圖4可知，在TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～0.12%時(shí)，E1始終大于1，說明納米流體對(duì)CO2的吸收具有強(qiáng)化效果；隨著TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，E1先逐漸增大，在TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09%時(shí)，達(dá)到最大值1.699，隨后又逐漸減小。

X=A×α

(4)

式中：Χ為總表觀CO2吸收速率(吸收CO2的量/吸收時(shí)間)；A為參與反應(yīng)的有效反應(yīng)面積；α為單位面積上的吸收速率。

圖4 TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)CO2吸收強(qiáng)化因子E1的影響Fig.4 Effects of mass fraction of TiO2 nanoparticles on CO2absorption enhancement factor E1

如式(4)所示，對(duì)于所用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，總表觀CO2吸收速率(Χ)主要受有效反應(yīng)面積(A)和單位面積上的吸收速率(α)的控制。相比常規(guī)吸收劑，納米流體一方面會(huì)改變單位面積傳質(zhì)系數(shù)，從而改變單位面積上的吸收速率，另一方面還會(huì)影響有效反應(yīng)面積。Wang等[14]通過濕壁塔實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米流體對(duì)單位面積上的吸收速率的提升不超過15%。而本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，納米流體的強(qiáng)化值均大于30%。因此，在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，納米流體對(duì)有效反應(yīng)面積的影響應(yīng)大于對(duì)單位面積上的吸收速率的影響，有效反應(yīng)面積的變化占主導(dǎo)。

納米顆粒對(duì)有效反應(yīng)面積的改變主要包括以下兩方面：一方面，納米顆粒可吸附在氣泡表面，在氣液界面處產(chǎn)生排斥力，阻止氣泡聚并[15]，延長(zhǎng)小氣泡的壽命，從而增大有效反應(yīng)面積;另一方面，隨著納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，納米流體中納米顆粒數(shù)量濃度增大，溶液黏度增大[16]，從而導(dǎo)致氣泡上升速度減小，同時(shí)氣泡聚并速度降低[17]，最終增大了納米流體中的氣含率和有效反應(yīng)面積。因此，隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，氣泡聚并困難，并且氣含率升高，使得氣液有效反應(yīng)面積增大。

當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.09%時(shí)，E1逐漸減小，這主要是因?yàn)榧{米流體的不穩(wěn)定性和流體中氣泡數(shù)量減少兩方面因素所致。一方面，納米顆粒擁有極高表面能，易相互碰撞團(tuán)聚形成較穩(wěn)定的團(tuán)聚體[18]，隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，顆粒數(shù)量濃度增大，顆粒間距減小，碰撞團(tuán)聚現(xiàn)象更易發(fā)生。另一方面，較大的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)帶來較大的溶液黏度，導(dǎo)致氣泡液膜強(qiáng)度增大[19]，單個(gè)氣泡的直徑增大，液相中氣泡數(shù)量減少，有效反應(yīng)面積有所減小，最終使得強(qiáng)化因子E1在高顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)減小。

2.2 顆粒粒徑的影響

納米顆粒粒徑對(duì)納米流體吸收CO2強(qiáng)化效果的影響見圖5。在TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%和0.06%時(shí)，隨著TiO2顆粒粒徑的增大，強(qiáng)化因子E1先減小后增大。當(dāng)TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持0.03%不變、TiO2顆粒粒徑為25 nm時(shí)，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)化因子E1為1.499，TiO2顆粒粒徑為40 nm時(shí)E1下降為1.448，而當(dāng)TiO2顆粒粒徑變?yōu)?0 nm時(shí)E1又上升至1.630。當(dāng)TiO2顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在0.06%不變、TiO2顆粒粒徑為25 nm時(shí)強(qiáng)化因子E1達(dá)到1.817，TiO2顆粒粒徑為40 nm時(shí)E1下降為1.504，而TiO2顆粒粒徑為60 nm時(shí)E1又上升到1.773。

圖5 TiO2顆粒粒徑對(duì)CO2吸收強(qiáng)化因子E1的影響Fig.5 Effects of size of TiO2 nanoparticles on CO2absorption enhancement factor E1

在相同顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，不同顆粒粒徑對(duì)應(yīng)不同的顆粒數(shù)量濃度。一方面，顆粒粒徑增大，納米顆粒數(shù)量濃度和溶液黏度下降，其抗氣泡聚并的能力減弱，氣含率降低，有效反應(yīng)面積相對(duì)減小，吸收速率下降。另一方面，增大顆粒粒徑可以減弱納米顆粒的尺度效應(yīng)，減少顆粒團(tuán)聚。采用納米粒度分析儀(ZetasizerNano S，英國Malvern公司生產(chǎn))得出TiO2-MDEA納米流體中平均有效粒徑與初始顆粒粒徑的關(guān)系，如圖6所示。相同顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，納米流體中顆粒的平均有效粒徑隨著初始顆粒粒徑的增大而減小，說明初始顆粒粒徑的增大降低了納米顆粒團(tuán)聚簇的尺寸。團(tuán)聚簇尺寸的相對(duì)降低可以相對(duì)提高納米流體中顆粒的抗氣泡聚并能力，增大有效反應(yīng)面積，提高總吸收速率。以上2種相反機(jī)制的共同作用使得隨著顆粒粒徑的增大，強(qiáng)化因子E1先減小后增大。從實(shí)驗(yàn)中還可以得知，當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)，顆粒粒徑的影響強(qiáng)于顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。

圖6 TiO2-MDEA納米流體中平均有效粒徑與初始顆粒粒徑的關(guān)系Fig.6 Average effective particle size vs. primary particlesize in TiO2-MDEA nanofluids

2.3 混合氣體體積流量的影響

圖7給出了混合氣體體積流量對(duì)CO2吸收強(qiáng)化因子E1的影響。由圖7可以看出，當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，隨著混合氣體體積流量從1 L/min增加至2 L/min，強(qiáng)化因子E1降低，因而納米流體的強(qiáng)化效果隨氣體體積流量的增大而減弱。其原因是混合氣體體積流量增大導(dǎo)致所產(chǎn)生的氣泡動(dòng)能增大，氣泡聚并速度加快，有效反應(yīng)面積減小，總吸收速率下降。然而，在60.8～150.5 mL/min的較小氣體體積流量下，Jiang等[20]發(fā)現(xiàn)隨著氣體體積流量增大，納米流體的強(qiáng)化效果增強(qiáng)。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明存在一個(gè)最佳氣體體積流量，使得納米流體吸收CO2的效果最優(yōu)。

圖7 混合氣體體積流量對(duì)CO2吸收強(qiáng)化因子E1的影響Fig.7 Effects of mixed gas velocity on CO2 absorptionenhancement factor E1

從圖7還可以看出，隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，強(qiáng)化因子隨氣體體積流量增大下降幅度變緩。這是因?yàn)樵诟哳w粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)下顆粒數(shù)量濃度大，其阻止氣泡聚并的能力強(qiáng)。氣體體積流量增大引起的負(fù)面影響相對(duì)減弱，導(dǎo)致強(qiáng)化因子下降變緩。

2.4 電磁攪拌和超聲振動(dòng)的影響

采用定轉(zhuǎn)速電磁攪拌和定功率超聲振動(dòng)，研究了電磁攪拌和超聲振動(dòng)2種擾動(dòng)形式對(duì)納米流體強(qiáng)化CO2吸收的影響，結(jié)果如圖8所示。實(shí)驗(yàn)中TiO2顆粒粒徑為40 nm，混合氣體體積流量為1 L/min。結(jié)果表明，電磁攪拌對(duì)納米流體強(qiáng)化效果的影響E2與納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，電磁攪拌的作用由抑制變?yōu)樵鰪?qiáng)，在顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%時(shí)E2達(dá)到最大值，之后逐漸降低，接近于1。外加超聲振動(dòng)時(shí)，E2始終小于1，說明超聲振動(dòng)可抑制納米流體的強(qiáng)化作用，而且超聲振動(dòng)的抑制作用在低顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)較為穩(wěn)定，當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.06%后，隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,超聲振動(dòng)的抑制作用迅速增強(qiáng)。

圖8 電磁攪拌和超聲振動(dòng)對(duì)CO2吸收強(qiáng)化因子E2的影響

電磁攪拌對(duì)納米流體強(qiáng)化效果的影響主要是因?yàn)殡姶艛嚢柙诤暧^尺度上可加速大氣泡破碎成小氣泡，使得溶液中氣泡數(shù)量增加，氣泡間距減小，而且氣泡動(dòng)能相應(yīng)增大，氣泡聚并的概率增大。當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)，納米顆粒阻止氣泡聚并的能力弱，所以當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%時(shí)，電磁攪拌出現(xiàn)了抑制納米流體強(qiáng)化CO2吸收的情況。隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，納米顆粒阻止氣泡聚并的能力增強(qiáng)，因此電磁攪拌的強(qiáng)化作用提高。在顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%時(shí)，達(dá)到11.5%的最大強(qiáng)化值。強(qiáng)化峰值的出現(xiàn)主要是因?yàn)殡S著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增大，顆粒數(shù)量濃度增加，納米顆粒的不穩(wěn)定性和溶液黏度的綜合影響導(dǎo)致顆粒阻止氣泡聚并的能力有所減弱。因此，在超過最佳顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，電磁攪拌的強(qiáng)化效果降低。

與機(jī)械攪拌相比，超聲振動(dòng)屬于微尺度擾動(dòng)。在吸收過程中，超聲的引入會(huì)帶來巨大能量。一方面，MDEA水溶液吸收CO2的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，能量的輸入可能使得該可逆反應(yīng)向著解吸方向進(jìn)行。如Liu等[21]研究了超聲對(duì)CO2從MDEA富液中脫附的影響，發(fā)現(xiàn)超聲有助于CO2解吸。另一方面，超聲的微尺度擾動(dòng)可以破壞界面層，使得氣泡更容易聚并[22]。加入超聲振動(dòng)減弱了納米流體阻止氣泡聚并的能力，因此超聲振動(dòng)抑制了納米流體的強(qiáng)化效果。在高顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，超聲振動(dòng)的抑制作用更強(qiáng)。

3 結(jié) 論

(1) 納米顆粒可以阻止氣泡聚并，增大有效反應(yīng)面積，強(qiáng)化吸收劑吸收CO2的效果，并且強(qiáng)化效果隨著納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和粒徑的變化而改變。在相同顆粒粒徑下，存在最佳顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)以達(dá)到最好的強(qiáng)化效果。而在相同顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，隨著顆粒粒徑從25 nm增大到60 nm，強(qiáng)化因子E1呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。

(2) 隨著氣體體積流量從1 L/min增大至2 L/min，氣泡動(dòng)能增加，氣泡聚并速度加快，納米流體的強(qiáng)化效果降低。然而，增大顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)強(qiáng)化納米流體阻止氣泡聚并的能力，削弱氣體體積流量增大引起的負(fù)面影響。

(3) 不同尺度的機(jī)械擾動(dòng)可導(dǎo)致不同的效果。當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03 %時(shí)，電磁攪拌抑制了納米流體的強(qiáng)化效果，但當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%時(shí)則達(dá)到最大強(qiáng)化值11.5%。微尺度的超聲振動(dòng)可促進(jìn)氣泡聚并，減小有效反應(yīng)面積，最終充分抑制納米流體的強(qiáng)化效果。