添加異辛醇對水與金屬表面接觸角的影響

摘要:向溴化鋰水溶液中添加微量異辛醇表面活性劑，能顯著增強溴化鋰吸收式制冷機的吸收作用，提高制冷能力。但添加了異辛醇后，吸收式制冷機中的降膜蒸發(fā)器的換熱效果卻不能保證得到強化。有時出現(xiàn)降膜蒸發(fā)器的換熱效果變差的現(xiàn)象。為探究導(dǎo)致?lián)Q熱變差的原因，本研究通過測量異辛醇水溶液和金屬板表面的接觸角，發(fā)現(xiàn)水中加人微量異辛醇后接觸角普遍增大，濕潤性變差，使降膜蒸發(fā)器的傳熱變差。通過測量并比較同濃度異辛醇水溶液在不同金屬表面的接觸角，得出40mg.L-'時異辛醇水溶液在鍍鋅鋼板表面的濕潤性最好，其次是不銹鋼板，在紫銅表面的濕潤性最差。異辛醇水溶液的濃度變化對每種金屬板接觸角沒有明顯影響。

關(guān)鍵詞:異辛醇;降膜蒸發(fā)器;接觸角;表面活性劑;吸收式制冷

引言

降膜蒸發(fā)器通常應(yīng)用在吸收式冷水機組、蒸氣壓縮式冷水機組”、海水淡化設(shè)備中。由于降膜燕.

發(fā)器的液膜直接落在金屬管外壁，液固界面發(fā)生相.變，因此相比其他類型的換熱器換熱效率更高，因.此降膜蒸發(fā)器在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。溴化鋰吸收式制冷機中的吸收器和蒸發(fā)器通常都是降膜換熱器的形式。

向溴化鋰水溶液中添加表面活性劑可明顯增強吸收效果，提高吸收式制冷系統(tǒng)的COP.通常添加的表面活性劑為異辛醇(2乙基已醇)、正辛醇(1-辛醇)、 2-庚醇和氟化醇等醇類1281。表面活性劑添加后，溶液的表面張力.變小，吸收能力增強，降膜吸收器的換熱效果也有明顯改善V在降膜羆發(fā)器內(nèi)，存在混有表面活性劑的水從布液器流至金屬換熱管的換熱過程。齊魯山[5]的實驗研究表明添加了

4. 15%的異辛醇的水降膜蒸發(fā)器的換熱效果比不含表面活性劑的水降膜蒸發(fā)換熱的效果變差了，而換熱效果變差的原因目 前還不清楚。何茂剛等I61對影響降膜蒸發(fā)器換熱的主要因素做了較為詳盡的綜述，認為管外布液的均勻度十分重要、可防止換熱表面出現(xiàn)干涸點;及時有效地排出蒸發(fā)出的氣體，減少氣流對液流的干擾是保證降m膜蒸發(fā)器高效換熱的關(guān)鍵。但表面活性劑的添加是預(yù)覽否對降膜蒸發(fā)器的換熱造成影響，文章中并未提及。羅忠等”對強化管表面的水降膜蒸發(fā)進行了實

驗研究，未涉及表面添加劑的問題。Gherhardt[8]對水平管降膜蒸發(fā)器的研究做了全面的綜述，對降

膜流型、普通管和強化管降膜傳熱的主要影響因素、降膜對水平管束的換熱及預(yù)測降膜傳熱率的方

法等做了系統(tǒng)的總結(jié)，但沒有涉及表面添加劑加入溶液后對降膜蒸發(fā)傳熱的影響。馬學(xué)虎等[吧實驗研究了處理表面鍍鉻鋁管、PTEE銅管和純鋁氧化管e的水平管降膜蒸發(fā)傳熱，但沒有測量水與金屬表面的接觸角。

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實驗方法

1。1實驗液體 的配制

實驗液體濃度的選擇是參照了蔣桂忠等“1的研究結(jié)果而確定的。研究表明當(dāng)異辛醇的添加劑濃度

為5~300 mg. L-'時，吸收強化達到了1.2.1.9倍，且添加劑濃度為30~50 mg. L‘時，單位面

積的吸收率達到最大值，當(dāng)添加劑的濃度超過了添加劑自身的溶解度后，吸收強化的影響沒有明顯增.加3。在配制實驗液體時，發(fā)現(xiàn)200 mg° L1的水溶液已較難充分溶解，因此本實驗配制的實驗液體濃度分別為0、40、80、100、 120、 140、 160、180、200mg.L1。

 

1.2 接觸角的測量方法

將用精密天平利量杯配制的9種不同濃度的異辛醇水溶液裝人滴瓶，貼上標(biāo)簽備用。測量接觸角

n前，用手暴動滴瓶。使異親醇和水充分溶解，將實先驗液體從滴瓶吸入針管。將針管安裝在Kruess液滴分析儀.上部的針管卡位上，調(diào)整滴管使之與水平面垂直，將測量用的不同材料的金屬板平放在儀器下部的 X-Y坐標(biāo)架上，打開計算機內(nèi)專 用的液滴接觸角測量軟件，調(diào)整針管測量位置，使針管的陰影圖像出現(xiàn)在測量窗口中，調(diào)整儀器的聚焦旋鈕,.使測量窗口中的針管圖像清晰聚焦，稍微旋動針管內(nèi)的旋塞，滴出一滴落在金屬片上，待液滴形狀穩(wěn).定，記錄下圖像，點擊測量窗口的接觸角測量按OI鈕，即可測得接觸角的值。典型的液滴落在金屬表水面的陰影圖像見圖1。不移動針管和金屬片在儀器下部坐標(biāo)架的位置，而是移動坐標(biāo)架，使液滴滴在金屬片的不同位置上，分別測出接觸角，將金屬片上不同位置點測得的接觸角取平均值，作為實驗液體和金屬板間接觸角的值。

 

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本研究主要關(guān)注異辛醇加人水中后在金屬換熱表面的接觸角是否發(fā)生了變化。因為接觸角的增加，意味著液體在金屬表面潤濕性變差，液體和金屬表面的接觸面減小，更易出現(xiàn)管表面的干涸現(xiàn)象，傳熱會變差。實驗選取5種金屬表面，實驗液體為異辛醇水溶液，濃度分別為0、40、80、100、120、 140、 160、180、200 mg° L-'，采用光學(xué)測量儀器測量各種溶液樣本和金屬板組合的接觸角，以了解表面活性劑加入后，不同濃度異辛醇水溶液對各種金屬表面潤濕性的影響。同時也通過測量此9種不同濃度的異辛醇水溶液的液滴表面張力驗證加人表面添加劑后表面張力減小的現(xiàn)象。

添加劑后可顯著地增強吸收的部分原因是由于表面

添加劑加人溴化鋰水溶液可使表面張力下降。

測量液滴的表面張力。表面張力的測量原理為懸滴法。調(diào)整針管旋塞使針管下出現(xiàn)一滴懸在針管尖端的液滴，并調(diào)整儀器聚焦旋鈕，使成像清晰，如圖.2所示。打開計算機內(nèi)專用的表面張力測量軟件，測出表面張力，每種液滴測量4~5次，求出表面張力的平均值。

 

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2.2異辛醇水溶液濃度對接觸角的影響

為了了解表面添加劑濃度對接觸角的影響，用純水和微量異辛醇配制成濃度分別為0、40、60、80、100、 120、140、160、 180、 200 mg. L的溶液，金屬板采用紫銅板，得到測量結(jié)果，見圖

4.可見在純水中加人異辛醇后接觸角普遍增大。在40~200 mg.l-'之間接觸角在80°~ 10°間波動。含有異辛醇的水溶液在測量過程中會聞到氣味,說明在測量過程中存在少量揮發(fā)現(xiàn)象，這可以解釋在40~200 mg.之間的溶液在紫銅板表面的接觸角并不隨濃度的增如而增大，而是表現(xiàn)出波動性的原因。

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2實驗結(jié)果和討論

2.1加入微量表面添加劑對水的表面張力的影響將事先配制好的濃度分別為0、40、80、100、

120、140、160、 180、 200 mg●L-1的異辛醇水溶液用懸滴法測出表面張力，實驗結(jié)果如圖3所示。可見水中添加了微量異辛醇后，水滴的表面張力顯著下降，且總的趨勢是在200 mg. L-'范圍內(nèi)表面添加劑的濃度越高，水滴表面張力的下降越大。值得注意的是80 mg●L-' 的液滴的表面張力偏離了總的下降趨勢線，在趨勢線以下，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是配制溶液時出現(xiàn)的人為誤差引起，也可能是此濃度溶液自身的特點，因此此濃度點的表面張力實驗還需多次重復(fù)實驗才能得到可靠的結(jié)果。表面添加劑濃度的增加引起水溶液表面張力下降的實驗結(jié)果可以解釋人們向溴化鋰水溶液中添加表面可見純水滴在不同材料的金屬板上，鍍鋅鋼板.的接觸角最小，其次是不銹鋼板，紫銅板的接觸角最大，鋁板、黃銅的接觸角位于中間。40 mg●L-'的異辛醇水溶液與純水一樣，也是鍍鋅鋼板的.接觸角最小，不銹鋼板次之，紫銅板的接觸角最大，鋁板、黃銅的接觸角位于中間。但200 mg●

L-1的異辛醇水溶液在不銹鋼板上的接觸角最小，紫銅板的接觸角最大，鍍鋅鋼板、鋁板和黃銅的接

觸角幾乎相等，位于中間。綜合分析，40 mg●L-1異辛醇水溶液和鍍鋅鋼板接觸角最小。其次為.200 mg. L-'與不銹鋼板的組合。

 

2.3

異辛醇水溶液在不同金屬表面的接觸角的比較測量濃度分別為0、40和200 mg●L-'的異辛醇水溶液與5種不同材料的金屬板間的接觸角情況。實驗結(jié)果見圖5。

 

圖6示出純水滴在5種不同金屬表面的陰影圖.像，可以清楚地看到水在鍍鋅鋼板表面的接觸角最

小，不銹鋼板次之，在紫銅板表面的接觸角最大。鋁板和黃銅板間的接觸角介于中間。

 

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3結(jié)論

水中加入微量異辛醇后，水溶液的表面張力明顯減小。在鍍鋅鋼板、不銹鋼板、鋁板、黃銅板及.

紫銅板5種表面.上加入含有微量異辛醇的水溶液的.接觸角都大于純水的接觸角，說明加入微量異辛醇的水溶液在用于降膜蒸發(fā)器時將不利于換熱的強化，相反起到使換熱變差的作用。在40~200 mg●L-1之間濃度的異辛醇水溶液在同一種金屬板表面的接觸角都位于80°~100°，但未發(fā)現(xiàn)接觸角隨濃度的變化規(guī)律。實驗還發(fā)現(xiàn)40 mg●L-'的異辛醇水溶液和鍍鋅鋼板間的接觸角最小。200 mg. L-'的異辛醇水溶液和不銹鋼板間的接觸角最小。因此在添加了異辛醇的水降膜蒸發(fā)器中的銅管表面可嘗試鍍鋅或鍍鉻以改善換熱表面的濕潤狀況以增強換熱。

 

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