表面活性剂摩尔浓度依赖扩散对沸腾的影响
流体动力学
2024-10-17 v1 材料科学
应用物理
化学物理
摘要
沸腾是一种常见的相变过程，在加热表面上发挥着在高效传递热量中起着关键作用。尽管这种热传递机制通常有效，但 rapid increase in surface temperature 可能导致水动力不稳定，进而引发沸腾危机。以往研究表明，表面活性剂常能改善沸腾性能并改变沸腾危机行为。传统观念认为，这些沸腾行为的变化与特定表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)相关。然而，本工作揭示了这些沸腾行为的变化与CMC无关，针对三种非离子表面活性剂进行了宽范围摩尔浓度的研究。此外，气泡行为的可视化快照表明，气泡形成（包括气泡尺寸和核化点密度）受摩尔浓度依赖的扩散时间尺度的影响。因此，这些发现为沸腾行为（包括沸腾性能和沸腾危机）由表面活性剂的动态吸附所支配，而非由CMC所决定提供了有力证据。这一点通过对比以摩尔浓度为对数尺度的传热系数(HTC)和临界热通量(CHF)进行量化，验证了理论预测。基于这些发现，我们提出了控制特定情境下任意表面活性剂CHF修改发生方式的见解。这些见解在优化热传递过程和利用表面活性剂进行能源相关应用以最大化沸腾效率方面具有重要潜力。
引用
@article{arxiv.2406.02811,
title = {Changes in boiling controlled by molar concentration-dependent diffusion of surfactants},
author = {Mario R. Mata and Matic Može and Armin Hadžić and Giseop Lee and Blake Naccarato and Isaac Berk and Iztok Golobič and H. Jeremy Cho},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.02811},
year = {2024}
}
备注
21 pages, 7 figures, 2 appendices