微通道内纳米流体强制对流换热的数值研究

发布时间：2017-10-26 06:28

  本文关键词：微通道内纳米流体强制对流换热的数值研究

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【摘要】：纳米流体作为一种新型的高传热性能的能量输送工质,在强化传热领域具有十分广阔的应用前景。国内外许多学者对纳米流体流动与强化换热机理进行了许多研究,获得了大量的研究成果。本文主要在稳态边界条件下,针对二维和三维微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热进行数值模拟研究。本文的主要研究内容和结果如下:(1)对中间段为加热段维持恒定的温度、入口段和出口段为绝热段的二维微通道中Al_2O_3-水纳米流体的强制对流换热进行了数值研究。主要研究纳米流体的变热物性参数和定热物性参数、纳米粒子体积分数φ和Re数对纳米流体强制对流换热的影响。通过研究发现,在Re数和纳米颗粒体积分数φ一定时,变热物性参数纳米流体,比定热物性参数纳米流体在微通道内的强制对流换热强。在Re数一定时,随着纳米粒子体积分数φ的增加,纳米流体换热性能增强。在纳米粒子体积分数φ一定时,Re数较小,微通道内的换热以热扩散为主,纳米流体强制对流的换热能力也弱。随着Re数的增加,热对流逐渐占主导地位,纳米流体的换热能力也随之增加。(2)对具有不同纳米粒子球形度ψ的Al_2O_3-水纳米流体在二维微通道中强制对流换热进行了数值模拟,主要研究纳米粒子球形度对Al_2O_3-水纳米流体在二维微通道内强制对流换热的影响。通过研究发现,在Re数、纳米粒子体积分数φ一定时,随着粒子球形度的减小,Al_2O_3-水纳米流体的换热增强。在Re数一定时,随着粒子球形度ψ的增加,体积分数对Al_2O_3-水纳米流体换热性能的影响也越来越小。在纳米粒子体积分数φ一定时,随着粒子球形度ψ的增加,Re数对Al_2O_3-水纳米流体换热性能的影响也开始减弱。(3)在管道壁面维持恒定热流的条件下,对三维圆形微通道内Al_2O_3-水纳米流体的强制对流换热进行了数值研究。主要研究纳米颗粒粒径、纳米粒子体积分数和Re数对三维微通道纳米流体强制对流换热的影响。通过研究发现,在纳米粒子体积分数φ和粒子粒径dnp一定时,Re数越大,三维微通道内纳米流体换热越强。在Re数和粒子粒径dnp一定时,随着纳米粒子体积分数的增加,纳米流体在三维微通道中的强制对流换热性能也随之增强。在纳米粒子体积分数φ和Re数一定时,粒子粒径越小,越有利于微通道中纳米流体强制对流的换热。通过分析粒子粒径dnp和纳米粒子体积分数φ的综合作用发现,随着粒子粒径的增加,纳米粒子体积分数对换热性能的影响也越来越小。
【关键词】：纳米流体 强制对流 微通道 数值模拟
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124;TB383.1
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究工作的背景和意义10-12
• 1.2 纳米流体强制对流换热国内外研究进展12-19
• 1.2.1 纳米流体导热系数的研究12-15
• 1.2.2 纳米流体强制对流换热国外研究进展15-17
• 1.2.3 纳米流体强制对流换热国内研究进展17-19
• 1.3 本文主要的研究内容19-21
• 第2章 变物性参数对二维微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响21-35
• 2.1 物理模型与控制方程21-25
• 2.2 数值计算方法25-26
• 2.3 数值计算方法验证26-27
• 2.3.1 网格独立性验证26
• 2.3.2 计算程序的验证26-27
• 2.4 模拟结果与讨论27-34
• 2.4.1 纳米颗粒体积分数 φ 对微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响27-30
• 2.4.2 Re数对微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响30-32
• 2.4.3 变热物性参数的纳米流体在微通道内强制对流换热情况32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 纳米粒子球形度对二维微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响35-46
• 3.1 物理模型，，控制方程与计算方法35-36
• 3.2 模拟结果与讨论36-45
• 3.2.1 纳米颗粒体积分数 φ 和Re数对微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响36-41
• 3.2.2 纳米粒子球形度 ψ 对微通道内纳米流体强制对流换热的影响41-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 纳米颗粒粒径对三维微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响46-60
• 4.1 物理模型与控制方程46-49
• 4.2 数值计算方法验证49-50
• 4.2.1 网格独立性验证49
• 4.2.2 计算程序的验证49-50
• 4.3 模拟结果与讨论50-58
• 4.3.1 Re数对三维微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响50-53
• 4.3.2 体积分数 φ 对三维微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的影响53-56
• 4.3.3 粒子粒径对三维微通道内纳米流体强制对流换热的影响56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 结论与展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-69
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1097444