基于格子Boltzmann方法的局部受热腔体内幂律纳米流体的自然对流模拟

发布时间：2020-03-27 04:57

【摘要】：封闭腔体内的自然对流问题是一个经典的对流换热问题,在许多领域都有十分重要和广泛的应用,因而日益得到重视。在液体中添加纳米粒子,会显著的提高流体的热导率。因此纳米流体的热流动问题广泛应用于制冷系统、电子元件散热、汽车制造、冰箱制造等工业应用中。在过去的几十年里,已有许多学者对纳米流体的流动问题进行了深入广泛的研究。然而,大多数的研究都采用牛顿流体作为基液,忽略了基液为非牛顿流体的情况。事实上,纳米颗粒体积分数较大的纳米流体和碳纳米管纳米流体常常表现出非牛顿流体的性质。因此,对非牛顿流体的研究很有必要。本文采用格子Boltzmann方法数值模拟了局部受热方腔内幂律纳米流体的自然对流问题。其中,纳米流体的基液是水,纳米颗粒为铜。文中细致地分析考察了几个重要参数的变化对流体流动和传热的影响,不同参数的变化范围如下:Rayleigh数(64≤≤1010 Ra),纳米颗粒体积分数(≤≤?1.00),幂律指数(≤≤5.15.0 n),热源长度(≤≤8.01.0 h)和热源位置(≤≤75.025.0py)。结果表明,Rayleigh数和纳米颗粒体积分数的增加都会导致平均Nusselt数增加,传热增强。并且,不同幂律指数的纳米流体对热传导过程也有着明显影响,在Rayleigh数较大时,剪切变稀流体(n=5.0)更有利于传热。此外,热源长度和位置也同样影响流体的流动和传热,传热速率随着热源长度的增加而增加并且当热源在方腔下半部分时更有利于传热。
【图文】：

纳米流体,方腔,自然对流,幂律

问题工况图4.1为局部受热方腔内受水平温度驱动的幂律纳米流体自然对流工况图，纳米流体的基液为水，纳米颗粒为铜(Cu)

温度曲线,当前数,结果对比,文献

(4.26)4.2 模型验证我们通过模拟方腔内纳米流体(水-Cu)的自然对流来验证当前算法的准确性。图4.2(a)给出了水平中心线上的温度曲线，，并与 Khanafer 等人[26]以及 Jahanshahi 等人[58]的结果进行对比。通过此图可以发现当前数值结果与文献中给出的结果吻合的很好，从而论证了当前算法的有效性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124;O373

【参考文献】