När bulktemperaturen höjs till 99 °C och vattendropparna närmar sig mättnadstemperaturen, nästan fördubblas värmeöverföringskoefficienten för PMS300 vid naturlig konvektion. Värmeöverföringskoefficienten i emulsionen är också större jämfört med värdena vid naturlig konvektion vid 40 °C. Däremot minskar värmeöverföringskoefficienten tills väggtemperaturerna når cirka 140 °C och ökar därefter. Denna effekt observeras både för emulsionerna med ε = 0,8% och 3,2%, även om minskningen av värmeöverföringskoefficienten är mindre för ε = 0,8%. Trots att värmeöverföringskoefficienterna minskar vid lägre väggtemperaturer, var de större i datauppsättningen vid 99 °C för alla väggtemperaturer.

Forskning har visat att droppstorlek kan påverka värmeöverföringskoefficienten. Gasanov och Bulanov rapporterar effekten av droppstorlek på värmeöverföringskoefficienten i vatten-i-PES5- och vatten-i-VM1S-olja-emulsioner. De klassificerar emulsionerna som antingen "grovkorniga" (d ~ 20–30 μm) eller "finkorniga" (d ~ 1–2 μm). I naturlig konvektion påverkar inte droppstorlek värmeöverföringskoefficienten. Däremot tenderar kokkurvan att förskjutas till lägre ytvärme när det gäller de grovkorniga emulsionerna, medan temperaturen vid nukleär kokning är högre för de finkorniga emulsionerna. Detta kan förklaras av ytspänningens effekt, som ökar trycket inuti dropparna. Eftersom trycket inuti dropparna ökar med minskande diameter, blir mättnadstemperaturen för den dispergerade komponenten högre för de finkorniga emulsionerna. Kokningen i de finkorniga emulsionerna startar vid en väggtemperatur som är ungefär 70 °C högre än för de grovkorniga emulsionerna.

Det är också intressant att notera att droppstorlekens fördelning kan påverka värmeöverföring. I ett analytiskt kokningsmodell utvecklad av Bulanov inkluderas effekten av bubbels nucleationshastighet, där droppstorleksfördelningen spelar en roll i att bestämma nucleationshastigheten. Emulsionsexperiment har ofta antagit att emulsionerna är monodispers, men det finns även studier som har undersökt emulsioner med icke-Gaussiska droppstorleksfördelningar. Denna aspekt är särskilt relevant när man studerar det dynamiska beteendet hos emulsioner vid olika kokningsförhållanden.

I praktiken visar forskning att volymfraktionen av den dispergerade komponenten har en tydlig inverkan på värmeöverföringskoefficienterna. När volymfraktionen ökar förskjuts kokkurvan mot lägre väggtemperaturer, vilket innebär att högre värmeöverföringskoefficienter observeras vid samma väggtemperaturer för högre volymfraktioner. Dock spelar även massöverföring en roll i värmeöverföringens dynamik, vilket kan orsaka en minskning av värmeöverföringskoefficienten beroende på vätskorna som används och geometri.

Det är också värt att uppmärksamma hur tillsatser som tensider påverkar värmeöverföring. Forskning har visat att vissa stabiliseringsmedel som aktiverat kol eller zeoliter kan förändra kokkurvans beteende genom att förskjuta den till högre eller lägre väggtemperaturer beroende på deras verkan på nukleationssiten. Vid användning av aktiverat kol i vatten-i-PES5-emulsioner skiftar kokkurvan till lägre väggtemperaturer med cirka 10–15 °C, medan samma tillsats i n-pentan-i-glycerinemulsioner skjuter kurvan mot högre temperaturer. Detta indikerar att aktiverat kol främjar bildningen av floccules, vilket förhindrar tidig kokning i olja-i-olja-emulsioner.

Vidare påverkar surfaktanter som natriumhydrat eller trisodiumfosfat koktemperaturen och värmeöverföringskoefficienter, särskilt vid högre volymfraktioner av den dispergerade komponenten. Emulsioner stabiliserade med dessa ämnen visar en signifikant förbättring av värmeöverföringen och kokflödet när volymfraktionen och temperaturen är tillräckligt höga. Men resultaten för emulsioner med eller utan surfaktanter är inte alltid förutsägbara och ytterligare experiment krävs för att förstå den fulla effekten.

En viktig aspekt av forskningen på värmeöverföring i emulsioner är att den fortfarande inte helt täcker in variabler som droppstorleksfördelningens och volymfraktionens dynamiska påverkan på hela systemet. Experimentella studier med dessa variabler, tillsammans med praktiska tillämpningar av stabiliseringsmedel och tensider, ger en mer komplex bild av hur emulsioner fungerar under kokning och värmeöverföring.

Hur påverkar porösa ytor värmeöverföring vid kokning av emulsioner?

Vid kokning på porösa ytor uppvisar emulsionskokning både förbättrad och försämrad värmeöverföring, beroende på flera faktorer som gapstorlek, massflöde och porös ytstruktur. Experimentella resultat visar att kokning av emulsionsvätskor på porösa ytor kan ge varierande resultat beroende på porernas storlek och distribution. För vissa porösa ytor leder mindre gapstorlekar och högre massflöden till bättre värmeöverföring, medan för andra ytor observeras en minskning av värmeöverföringskoefficienten. Särskilt vid användning av Porös Yta 1, som har en hydraulisk diameter (Dh) på 200 och 500 μm, var värmeöverföringen för emulsionskokning lägre än för vatten. Däremot visade Porös Yta 2 en förbättrad värmeöverföring för emulsionskokning vid mindre gapstorlekar.

Vid kokning av emulsionsvätskor på porösa ytor är det viktigt att förstå att ökningen i värmeöverföring på vissa ytor är direkt relaterad till den öppna porstrukturen. Detta gör att vätskedropparna lättare kan tränga in i den porösa strukturen, där kokbubblor kan nukleera i ett mer kontrollerat och effektivt sätt. Efter att bubblorna har nukleerat inom de öppna porerna, kan den genererade ångan flöda ut ur strukturen snabbare än i mer tätt packade ytor, såsom Porös Yta 1 eller Porös Yta 3. Detta fenomen resulterar i en mer effektiv överföring av värme från ytan till vätskan. Det är också viktigt att notera att tryckfallet för de porösa ytorna generellt är större än för en slät yta, vilket är en konsekvens av den ökade ytråheten och det större motståndet för vätskeflödet genom de porösa strukturerna.

I experiment där emulsioner används har en av de viktigaste variablerna den hydrauliska diametern på den porösa ytan, vilket påverkar både kokbeteendet och värmeöverföringsförmågan. I studier där gapet (Dh) är 1000 μm, skiftar kokkurvorna mot lägre väggtemperaturer, men värmeöverföringskoefficienten är lägre än för vatten. För Porös Yta 2 förbättras värmeöverföringen för de flesta datamängder, särskilt vid mindre gap. Emulsionerna har också en tendens att minska tryckfallet på denna yta där värmeöverföringen förbättras.

Vid analysen av de olika porösa ytorna och deras effektivitet vid kokning av emulsioner, observerades att Porös Yta 1, med större porer, hade en tendens att minska värmeöverföringseffektiviteten vid mindre gapstorlekar. Detta kan förklaras genom att den porösa strukturen i denna yta var för tät, vilket begränsade rörelsen av vätskedroppar och förhindrade en effektiv nukleation av ångbubblor. Däremot visade Porös Yta 2, med en mer öppen struktur, en tydlig förbättring av värmeöverföringen. Detta beror på att de öppna porerna möjliggör bättre flöde av vätskedroppar och förbättrar bubbelbildningen inom den porösa strukturen.

Experimentella data för kokning av emulsionsvätskor på porösa ytor ger en värdefull inblick i hur olika faktorer som gapstorlek, massflöde och porös ytkonstruktion påverkar värmeöverföringsegenskaperna. Ytor med öppna porstrukturer verkar vara mer fördelaktiga för att förbättra värmeöverföringen jämfört med ytor med mer tätt packade eller mindre öppna porer. Vidare är det viktigt att förstå att kokning av emulsioner på porösa ytor inte bara handlar om att förbättra värmeöverföringen utan också om att hantera de ökade tryckfallen och de strukturella egenskaperna hos de porösa materialen.

Det finns också en tydlig trend i resultaten som visar att värmeöverföringen kan förbättras genom att optimera strukturen på de porösa ytorna för att passa de specifika egenskaperna hos de vätskor som används. Experimentella data tyder på att det finns ett betydande potential för att utnyttja strukturerade ytor och emulsioner för att förbättra både värmeöverföring och energieffektivitet i tekniska system som involverar kokning och värmeväxling.

Hur strukturell design av produkter möjliggör anpassningsbara lösningar?
Intelligent Drift och Underhåll för Undervattensproduktionssystem
Hur man effektivt använder Yandex för att hitta specifik information på internet