1.2月脈動(dòng)熱管裝置

脈動(dòng)熱管由外徑4 mm、內(nèi)徑2 mm，經(jīng)氧乙炔正火處理后銅毛細(xì)管彎曲而成。圖3示出了脈動(dòng)熱管實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖。用誤差傳播法分析了實(shí)驗(yàn)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(shí)，熱阻的最大相對(duì)不確定度為4.47%。

2結(jié)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?xì)浔砻婊钚詣└行У慕档突罕砻鎻埩Φ男Ч?。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(dòng)態(tài)表面張力在表面活性劑的應(yīng)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(dāng)達(dá)到臨界膠束質(zhì)量濃度pcMc時(shí)，表面活性劑分子聚集形成膠束，隨后表面張力隨著質(zhì)量濃度的增加幾乎不變。

因此，一方面，靜態(tài)表面張力測(cè)量有助于確定表面活性劑的臨界膠束質(zhì)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(dòng)態(tài)表面張力反映了表面活性劑分子在水溶液中的動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程。在吸附過(guò)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(zhì)，如靜態(tài)和動(dòng)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(zhì)量濃度>0.04kg/m2時(shí)，下降趨勢(shì)開(kāi)始緩慢。這意味著PQAI水溶液的pcMc~0.04kg/m2，此時(shí)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(zhì)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(zhì)量濃度溶液的動(dòng)態(tài)表面張力隨時(shí)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(jiàn)，隨著質(zhì)量濃度的增加，表面張力的下降速度明顯加快，達(dá)到平衡狀態(tài)的PC時(shí)間也縮短。然而，當(dāng)溶液質(zhì)量濃度增加到臨界膠束質(zhì)量濃度（≥0.04kg/m2）時(shí)，動(dòng)態(tài)表面張力的下降速率變化不大。質(zhì)量濃度為0.01—0.015kg/m3時(shí)，60s后表面張力可降至25mN/m左右，達(dá)到靜態(tài)表面張力。在較高的質(zhì)量濃度下，當(dāng)達(dá)到臨界膠束質(zhì)量濃度（≥0.04kg/m2）時(shí)，溶液表面張力在10 s后降至20mN/m以下，在30s后達(dá)到靜態(tài)表面張力。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，確定脈動(dòng)熱管中表面活性劑溶液的質(zhì)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(yàn)臺(tái)參數(shù)參考文獻(xiàn)。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(shí)產(chǎn)生的氣泡數(shù)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(shí)氣泡聚結(jié)的趨勢(shì)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(zhǎng)尾組成。

圖5PQAI水溶液的池沸騰換熱

在氣泡產(chǎn)生過(guò)程中，表面活性劑分子從本體相擴(kuò)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(tuán)向外，疏水尾向內(nèi)。當(dāng)2個(gè)表面充滿(mǎn)表面活性劑分子的氣泡相互接觸時(shí)，靜電排斥減弱了氣泡聚結(jié)的趨勢(shì)。因此，大量較小尺寸的氣泡迅速離開(kāi)加熱表面，給加熱表面周?chē)鷰?lái)更多的擾動(dòng)，從而提高傳熱特性。