纳米流体在管道中流动特性的研究

发布时间：2017-10-09 19:19

  本文关键词：纳米流体在管道中流动特性的研究

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【摘要】：在当今这个科技水平飞速发展的时代里,全球的工业化水平也随之日趋先进,但是同时也暴露出了相关的能源紧缺问题,而热交换设备对传热强度及传热负荷的要求越来越严苛,因此传统的低导热系数的纯液体换热工质基本已经跟不上工业发展的需要,对于新型换热工质(导热系数高、传热性能好)的研究已经越来越重要。正是因为有了这个需求,有的学者提出了一个颠覆性的概念—纳米流体:将纳米级尺寸内的金属颗粒或者非金属颗粒通过一定的形式以及比例添加到传统的纯液体换热工质中去,从而得到这种新型的换热工质。通过学者们的大量验证对比,分析得到了它的一些优点:较好的导热能力、良好的稳定性、对设备的磨损小等。假设本文所研究的纳米流体为均匀、单相、不可压缩的流体,运用了CFD中的FLUENT商用软件及离散相模型(Discrete Phase Model)方法,分别对去离子水和不同体积浓度的Cu-水纳米流体在管道中的的流动特性和换热特性进行数值模拟,观察纳米流体在相同雷诺数及相同入口流速条件下的温度分布云图及颗粒浓度分布云图,从根本原因出发对数值模拟结果进行对比分析,为以后的研究提供了一种新思路和新方法。本文应用了“两步法”来制备Al_2O_3-纳米流体,即在去离子水中同时添加分散剂及氧化铝纳米颗粒,然后再通过磁性搅拌等分散手段来获得稳定的纳米流体。自行设计并建立了一套流体流动特性的测试试验装置,对不同浓度Al_2O_3-水纳米流体在不同流速下的管内流动阻力系数及压降进行了测量,并与基液水进行了对比分析。可以得到如下结论:在液体中添加纳米粒子减小了液体的管内阻力系数,这是由于内部纳米粒子的微运动促使流体均匀性更好。在相同纳米流体浓度下,纳米流体的压降与流速成正比。
【关键词】：纳米流体 水平管道 流动特性 换热特性
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 纳米流体的研究目的及意义15-16
• 1.3 国内外纳米流体的研究现状16-18
• 1.4 本论文的主要研究内容及整体方案流程18-21
• 1.5 创新点21-22
• 2 纳米流体在管道中流动和传热特性的数值模拟研究22-49
• 2.1 纳米流体的基本概念22-25
• 2.1.1 纳米流体的定义22
• 2.1.2 纳米流体的基本属性22
• 2.1.3 纳米流体的基本参数22-23
• 2.1.4 纳米流体体系中的基本作用力23-25
• 2.2 计算模型的理论基础25-28
• 2.2.1 计算流体动力学25-27
• 2.2.2 流动的基本特性27
• 2.2.3 两相流模型27-28
• 2.3 纳米流体的流动和传热特性28-47
• 2.3.1 几何模型的建立及网格划分28-29
• 2.3.2 数值计算方法及边界条件的确定29-32
• 2.3.3 数据处理的相关公式32-33
• 2.3.4 计算模型验证33-36
• 2.3.5 网格无关性验证36-37
• 2.3.6 压降及沿程阻力系数分析37-40
• 2.3.7 纳米流体的流动与传热分析40-43
• 2.3.8 表面传热系数及努赛尔数分析43-46
• 2.3.9 不同粒径及浓度分析46-47
• 2.4 本章小结47-49
• 3 纳米流体的制备及其稳定性分析49-54
• 3.1 纳米流体的分散技术49-50
• 3.1.1 物理分散法49-50
• 3.1.2 化学分散法50
• 3.2 纳米流体的制备方法50-52
• 3.2.1 单步法50-51
• 3.2.2 两步法51
• 3.2.3 分散剂的选择51
• 3.2.4 纳米颗粒悬浮液的制备步骤51-52
• 3.3 纳米流体的稳定性分析52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 4 纳米流体层流流动特性实验分析54-61
• 4.1 纳米流体流动特性实验装置54-55
• 4.2 实验步骤55-56
• 4.3 纳米流体流动特性实验数据处理及分析56-59
• 4.3.1 实验数据处理56
• 4.3.2 实验结果分析56-59
• 4.4 实验过程的不确定度分析59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 结论与展望61-63
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 作者简历67

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本文编号：1001954