添加异辛醇对水与金属表面接触角的影响

摘要:向溴化锂水溶液中添加微量异辛醇表面活性剂，能显著增强溴化锂吸收式制冷机的吸收作用，提高制冷能力。但添加了异辛醇后，吸收式制冷机中的降膜蒸发器的换热效果却不能保证得到强化。有时出现降膜蒸发器的换热效果变差的现象。为探究导致换热变差的原因，本研究通过测量异辛醇水溶液和金属板表面的接触角，发现水中加人微量异辛醇后接触角普遍增大，湿润性变差，使降膜蒸发器的传热变差。通过测量并比较同浓度异辛醇水溶液在不同金属表面的接触角，得出40mg.L-'时异辛醇水溶液在镀锌钢板表面的湿润性最好，其次是不锈钢板，在紫铜表面的湿润性最差。异辛醇水溶液的浓度变化对每种金属板接触角没有明显影响。

关键词:异辛醇;降膜蒸发器;接触角;表面活性剂;吸收式制冷

引言

降膜蒸发器通常应用在吸收式冷水机组、蒸气压缩式冷水机组”、海水淡化设备中。由于降膜燕.

发器的液膜直接落在金属管外壁，液固界面发生相.变，因此相比其他类型的换热器换热效率更高，因.此降膜蒸发器在制冷系统中的应用日益广泛。溴化锂吸收式制冷机中的吸收器和蒸发器通常都是降膜换热器的形式。

向溴化锂水溶液中添加表面活性剂可明显增强吸收效果，提高吸收式制冷系统的COP.通常添加的表面活性剂为异辛醇(2乙基已醇)、正辛醇(1-辛醇)、 2-庚醇和氟化醇等醇类1281。表面活性剂添加后，溶液的表面张力.变小，吸收能力增强，降膜吸收器的换热效果也有明显改善V在降膜羆发器内，存在混有表面活性剂的水从布液器流至金属换热管的换热过程。齐鲁山[5]的实验研究表明添加了

4. 15%的异辛醇的水降膜蒸发器的换热效果比不含表面活性剂的水降膜蒸发换热的效果变差了，而换热效果变差的原因目 前还不清楚。何茂刚等I61对影响降膜蒸发器换热的主要因素做了较为详尽的综述，认为管外布液的均匀度十分重要、可防止换热表面出现干涸点;及时有效地排出蒸发出的气体，减少气流对液流的干扰是保证降m膜蒸发器高效换热的关键。但表面活性剂的添加是预览否对降膜蒸发器的换热造成影响，文章中并未提及。罗忠等”对强化管表面的水降膜蒸发进行了实

验研究，未涉及表面添加剂的问题。Gherhardt[8]对水平管降膜蒸发器的研究做了全面的综述，对降

膜流型、普通管和强化管降膜传热的主要影响因素、降膜对水平管束的换热及预测降膜传热率的方

法等做了系统的总结，但没有涉及表面添加剂加入溶液后对降膜蒸发传热的影响。马学虎等[吧实验研究了处理表面镀铬铝管、PTEE铜管和纯铝氧化管e的水平管降膜蒸发传热，但没有测量水与金属表面的接触角。

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实验方法

1。1实验液体 的配制

实验液体浓度的选择是参照了蒋桂忠等“1的研究结果而确定的。研究表明当异辛醇的添加剂浓度

为5~300 mg. L-'时，吸收强化达到了1.2.1.9倍，且添加剂浓度为30~50 mg. L‘时，单位面

积的吸收率达到最大值，当添加剂的浓度超过了添加剂自身的溶解度后，吸收强化的影响没有明显增.加3。在配制实验液体时，发现200 mg° L1的水溶液已较难充分溶解，因此本实验配制的实验液体浓度分别为0、40、80、100、 120、 140、 160、180、200mg.L1。

 

1.2 接触角的测量方法

将用精密天平利量杯配制的9种不同浓度的异辛醇水溶液装人滴瓶，贴上标签备用。测量接触角

n前，用手暴动滴瓶。使异亲醇和水充分溶解，将实先验液体从滴瓶吸入针管。将针管安装在Kruess液滴分析仪.上部的针管卡位上，调整滴管使之与水平面垂直，将测量用的不同材料的金属板平放在仪器下部的 X-Y坐标架上，打开计算机内专 用的液滴接触角测量软件，调整针管测量位置，使针管的阴影图像出现在测量窗口中，调整仪器的聚焦旋钮,.使测量窗口中的针管图像清晰聚焦，稍微旋动针管内的旋塞，滴出一滴落在金属片上，待液滴形状稳.定，记录下图像，点击测量窗口的接触角测量按OI钮，即可测得接触角的值。典型的液滴落在金属表水面的阴影图像见图1。不移动针管和金属片在仪器下部坐标架的位置，而是移动坐标架，使液滴滴在金属片的不同位置上，分别测出接触角，将金属片上不同位置点测得的接触角取平均值，作为实验液体和金属板间接触角的值。

 

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本研究主要关注异辛醇加人水中后在金属换热表面的接触角是否发生了变化。因为接触角的增加，意味着液体在金属表面润湿性变差，液体和金属表面的接触面减小，更易出现管表面的干涸现象，传热会变差。实验选取5种金属表面，实验液体为异辛醇水溶液，浓度分别为0、40、80、100、120、 140、 160、180、200 mg° L-'，采用光学测量仪器测量各种溶液样本和金属板组合的接触角，以了解表面活性剂加入后，不同浓度异辛醇水溶液对各种金属表面润湿性的影响。同时也通过测量此9种不同浓度的异辛醇水溶液的液滴表面张力验证加人表面添加剂后表面张力减小的现象。

添加剂后可显著地增强吸收的部分原因是由于表面

添加剂加人溴化锂水溶液可使表面张力下降。

测量液滴的表面张力。表面张力的测量原理为悬滴法。调整针管旋塞使针管下出现一滴悬在针管尖端的液滴，并调整仪器聚焦旋钮，使成像清晰，如图.2所示。打开计算机内专用的表面张力测量软件，测出表面张力，每种液滴测量4~5次，求出表面张力的平均值。

 

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2.2异辛醇水溶液浓度对接触角的影响

为了了解表面添加剂浓度对接触角的影响，用纯水和微量异辛醇配制成浓度分别为0、40、60、80、100、 120、140、160、 180、 200 mg. L的溶液，金属板采用紫铜板，得到测量结果，见图

4.可见在纯水中加人异辛醇后接触角普遍增大。在40~200 mg.l-'之间接触角在80°~ 10°间波动。含有异辛醇的水溶液在测量过程中会闻到气味,说明在测量过程中存在少量挥发现象，这可以解释在40~200 mg.之间的溶液在紫铜板表面的接触角并不随浓度的增如而增大，而是表现出波动性的原因。

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2实验结果和讨论

2.1加入微量表面添加剂对水的表面张力的影响将事先配制好的浓度分别为0、40、80、100、

120、140、160、 180、 200 mg●L-1的异辛醇水溶液用悬滴法测出表面张力，实验结果如图3所示。可见水中添加了微量异辛醇后，水滴的表面张力显著下降，且总的趋势是在200 mg. L-'范围内表面添加剂的浓度越高，水滴表面张力的下降越大。值得注意的是80 mg●L-' 的液滴的表面张力偏离了总的下降趋势线，在趋势线以下，出现这种现象的原因可能是配制溶液时出现的人为误差引起，也可能是此浓度溶液自身的特点，因此此浓度点的表面张力实验还需多次重复实验才能得到可靠的结果。表面添加剂浓度的增加引起水溶液表面张力下降的实验结果可以解释人们向溴化锂水溶液中添加表面可见纯水滴在不同材料的金属板上，镀锌钢板.的接触角最小，其次是不锈钢板，紫铜板的接触角最大，铝板、黄铜的接触角位于中间。40 mg●L-'的异辛醇水溶液与纯水一样，也是镀锌钢板的.接触角最小，不锈钢板次之，紫铜板的接触角最大，铝板、黄铜的接触角位于中间。但200 mg●

L-1的异辛醇水溶液在不锈钢板上的接触角最小，紫铜板的接触角最大，镀锌钢板、铝板和黄铜的接

触角几乎相等，位于中间。综合分析，40 mg●L-1异辛醇水溶液和镀锌钢板接触角最小。其次为.200 mg. L-'与不锈钢板的组合。

 

2.3

异辛醇水溶液在不同金属表面的接触角的比较测量浓度分别为0、40和200 mg●L-'的异辛醇水溶液与5种不同材料的金属板间的接触角情况。实验结果见图5。

 

图6示出纯水滴在5种不同金属表面的阴影图.像，可以清楚地看到水在镀锌钢板表面的接触角最

小，不锈钢板次之，在紫铜板表面的接触角最大。铝板和黄铜板间的接触角介于中间。

 

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3结论

水中加入微量异辛醇后，水溶液的表面张力明显减小。在镀锌钢板、不锈钢板、铝板、黄铜板及.

紫铜板5种表面.上加入含有微量异辛醇的水溶液的.接触角都大于纯水的接触角，说明加入微量异辛醇的水溶液在用于降膜蒸发器时将不利于换热的强化，相反起到使换热变差的作用。在40~200 mg●L-1之间浓度的异辛醇水溶液在同一种金属板表面的接触角都位于80°~100°，但未发现接触角随浓度的变化规律。实验还发现40 mg●L-'的异辛醇水溶液和镀锌钢板间的接触角最小。200 mg. L-'的异辛醇水溶液和不锈钢板间的接触角最小。因此在添加了异辛醇的水降膜蒸发器中的铜管表面可尝试镀锌或镀铬以改善换热表面的湿润状况以增强换热。

 

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