1.2月脈動熱管裝置

脈動熱管由外徑4 mm、內徑2 mm，經氧乙炔正火處理后銅毛細管彎曲而成。圖3示出了脈動熱管實驗設備的示意圖。用誤差傳播法分析了實驗裝置的不確定性。電壓電流精度為1%。本文中最小電壓和電流分別為17.9V和1.7A。此外，熱電偶的不確定度為0.1℃。在蒸發(fā)器和冷凝器的最小溫差為45℃時，熱阻的最大相對不確定度為4.47%。

2結果與討論

2.1表面活性劑水溶液的界面特性

氟碳表面活性劑具有比常規(guī)碳氫表面活性劑更有效的降低基液表面張力的效果。因此，在本工作中，將全氟烷基季銨碘化物表面活性劑加人去離子水中，配置成表面活性劑水溶液。靜態(tài)和動態(tài)表面張力在表面活性劑的應用中起著重要的作用。隨著表面活性劑濃度的增加，降低表面張力的效果更加明顯，但當達到臨界膠束質量濃度pcMc時，表面活性劑分子聚集形成膠束，隨后表面張力隨著質量濃度的增加幾乎不變。

因此，一方面，靜態(tài)表面張力測量有助于確定表面活性劑的臨界膠束質量濃度。另一方面，它可以反映表面活性劑降低表面張力的極限。表面活性劑的動態(tài)表面張力反映了表面活性劑分子在水溶液中的動態(tài)吸附過程。在吸附過程中，表面活性劑分子從本體相遷移到溶液表面。

因此，本文采用芬蘭Kibron公司的表面張力儀在20一22℃下研究了溶液的界面性質，如靜態(tài)和動態(tài)表面張力。不同PQAI溶液的靜態(tài)表面張力的變化如圖4(a)所示。可以看出，在去離子水中加人少量表面活性劑，溶液的表面張力急劇下降。然而，在質量濃度>0.04kg/m2時，下降趨勢開始緩慢。這意味著PQAI水溶液的pcMc~0.04kg/m2，此時表面活性劑水溶液靜態(tài)表面張力為16.07mN/m。

與去離子水72 mN/m的表面張力相比，在臨界膠束質量濃度下的PQAI的添加量可使基液表面張力降低77.7%，微量添加表面活性劑就能夠大大降低基液的表面張冷水力。不同質量濃度溶液的動態(tài)表面張力隨時間的變水浴化如圖4（b）所示。

圖4PQAI水溶液的表面張力

由圖可見，隨著質量濃度的增加，表面張力的下降速度明顯加快，達到平衡狀態(tài)的PC時間也縮短。然而，當溶液質量濃度增加到臨界膠束質量濃度（≥0.04kg/m2）時，動態(tài)表面張力的下降速率變化不大。質量濃度為0.01—0.015kg/m3時，60s后表面張力可降至25mN/m左右，達到靜態(tài)表面張力。在較高的質量濃度下，當達到臨界膠束質量濃度（≥0.04kg/m2）時，溶液表面張力在10 s后降至20mN/m以下，在30s后達到靜態(tài)表面張力。根據這個結果，確定脈動熱管中表面活性劑溶液的質量濃度為0.04 kg/m。

2.2表面活性劑水溶液池沸騰換熱特性

本文研究了PQAI溶液的池核沸騰換熱特性，試驗臺參數參考文獻。圖5顯示了PQAI溶液在臨界膠束濃度下的沸騰傳熱性能。與水相比，由于PQAI水溶液中表面張力的降低，沸騰時產生的氣泡數量顯著增加，氣泡半徑減小。此外，在低熱流密度下，可以明顯觀察到在氣泡脫離時氣泡聚結的趨勢減小，并且氣泡的形狀更接近球形。表面活性劑分子由極性親水頭和疏水性長尾組成。

圖5PQAI水溶液的池沸騰換熱

在氣泡產生過程中，表面活性劑分子從本體相擴散到界面，并以特定方向緊密排列在氣泡表面。帶電荷的親水基團向外，疏水尾向內。當2個表面充滿表面活性劑分子的氣泡相互接觸時，靜電排斥減弱了氣泡聚結的趨勢。因此，大量較小尺寸的氣泡迅速離開加熱表面，給加熱表面周圍帶來更多的擾動，從而提高傳熱特性。