减阻型纳米流体在管内换热和流动阻力特性的研究

发布时间：2017-10-09 22:05

  本文关键词：减阻型纳米流体在管内换热和流动阻力特性的研究

  更多相关文章： 纳米流体 减阻流体 对流换热 流动阻力 内置扭带管 水平圆管

【摘要】：减阻型纳米流体能够在增强流体对流换热特性的同时减小流体在流动过程中的阻力。实验测定了2000-18000的雷诺数范围内,0-0.5%质量分数的石墨、多壁碳纳米管、A12O3、Cu、Al、Fe2O3、Zn纳米粒子加入到100mg.kg-1-400mg.kg-1浓度的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)减阻剂中所制备的减阻型纳米流体的对流换热系数和流动阻力系数。对该种流体合适的配比组分和配制工艺进行了探索,研究其对流换热特性和流动特性的综合性能表现。结果表明:在十六烷基三甲基氯化铵中加入水杨酸钠(NaSal)与去离子水所配置的减阻剂具有很强的稳定性和减阻特性。在水平圆管的实验中,减阻剂浓度为200mg.kg-1时其减阻特性达到最优,在使用的众多纳米粒子中石墨和Cu纳米粒子在增强对流换热和减少流动阻力方面具有较佳的综合表现。在内置扭带管的实验中,减阻型Cu纳米流体对流换热系数是其在水平圆管中对流换热系数的一倍左右,而流动阻力系数是水平圆管中减阻型Cu纳米流体的10倍左右,表明内置扭带管有强化换热的能力,但会额外增大流动阻力。归纳拟合了减阻型石墨纳米流体在圆管内的换热关联式和流动阻力关联式以及减阻型Cu纳米流体在圆管和内置扭带管中的换热关联式和流动阻力关联式,结果表明:实验所得出的数据其误差均在15%以内,故换热关联式和流动阻力关联式都成立,进一步验证了实验数据的可靠性。当石墨和Cu纳米颗粒质量分数为0.4%时,减阻型石墨和Cu纳米流体在水平圆管内具有最佳的换热和减阻特性,其综合性能因子K(即减阻型纳米流体强化对流换热和减少流动阻力的综合效果)分别是去离子水的5倍和14倍,所以减阻型Cu纳米流体表现出具有更为广阔的研究和应用前景。然后将其应用于扭转比分别为2.5和4.5的内置扭带管中,发现它的最佳质量分数为0.5%,此时其对流换热效果和减阻效果达到最佳状态即综合性能因子K达到最大值,且分别约为去离子水的3倍和2倍。而且在这两种换热管的实验中,不同浓度的减阻型Cu纳米流体综合性能因子K均大于1,表明其对流换热强化效果强于流动阻力的减少效果,流体表现出更佳的强化换热特性,而且也具有一定的减少流动阻力特性。
【关键词】：纳米流体 减阻流体 对流换热 流动阻力 内置扭带管 水平圆管
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 主要符号表11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究的背景及意义13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 纳米流体研究现状13-15
• 1.2.2 减阻流体的研究现状15-16
• 1.2.3 减阻性纳米流体的研究现状16-18
• 1.2.4 内置扭带管的研究现状18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 第2章 减阻型纳米流体的制备及稳定性、物性分析21-28
• 2.1 减阻型纳米流体的制备21-22
• 2.2 减阻型纳米流体稳定性分析22-25
• 2.2.1 透射比法分析22-23
• 2.2.2 沉降观测法分析23-25
• 2.2.3 透射电镜分析25
• 2.3 减阻型CU纳米流体物性分析25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 减阻型纳米流体流动和换热特性实验系统28-32
• 3.1 实验系统28-30
• 3.2 实验流程30
• 3.3 实验误差分析30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 减阻型纳米流体流动和换热特性实验分析32-48
• 4.1 实验数据分析32-34
• 4.2 数据误差分析34-35
• 4.3 实验理论验证35-38
• 4.4 实验结果分析38-46
• 4.4.1 减阻剂浓度对去离子水换热和流动特性的影响38-39
• 4.4.2 纳米颗粒种类对减阻型纳米流体换热特性和流动特性的影响39-41
• 4.4.3 圆管内减阻型石墨、Cu纳米流体对流换热和流动特性41-44
• 4.4.4 内置扭带管中减阻型Cu纳米流体对流换热和流动特性44-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第5章 减阻型纳米流体回归方程验证和综合性能分析48-57
• 5.1 验证回归方程48-52
• 5.1.1 减阻型石墨纳米流体回归方程的验证48-50
• 5.1.2 减阻型Cu纳米流体回归方程的验证50-52
• 5.2 综合性能分析52-55
• 5.2.1 减阻型石墨纳米流体综合性能分析53-54
• 5.2.2 减阻型Cu纳米流体综合性能分析54-55
• 5.3 本章小结55-57
• 结论57-59
• 参考文献59-65
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文65-66
• 致谢66

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本文编号：1002650