局部热源温度瞬态变化边界条件下腔体内Cu-水纳米流体非稳态自然对流数值研究
发布时间：2020-10-22 13:04
壁面热源温度随时间周期性变化边界条件下的非稳态自然对流换热广泛存在于电子元器件冷却、化学工程及太阳能应用等许多工程应用领域。由于诸如水和油等传统液体的导热性能较差,此类自然对流换热过程的进一步强化受到了限制。已有研究表明,采用纳米流体作为传热介质可以强化自然对流换热。鉴于此类自然对流换热过程在实际应用中的重要性及纳米流体强化传热的潜在应用价值,本文对局部热源温度随时间瞬态变化边界条件下腔体内Cu-水纳米流体的非稳态自然对流进行了数值研究。本文研究具体内容及结论如下:(1)在腔体下壁面局部热源温度随时间按正弦规律变化的条件下,对温度边界构型不同的两种模型(冷壁面和绝热壁面位置分布不同的两种物理模型,用C1和C2来表示)腔体中Cu-水纳米流体的非稳态自然对流进行了数值研究。研究分析了Ra数、局部热壁面无量纲长度B和热源温度正弦变化无量纲振幅a对C1和C2模型腔体内Cu-水纳米流体非稳态自然对流换热特性的影响。计算结果表明,C1和C2模型腔体内Cu-水纳米流体自然对流换热特性均与Ra数、B和a三个参数的取值大小有关。当其中两个参数取值一定时,随另一个参数取值增大,C1和C2模型腔体的局部热壁面时均传热速率均增大,并且C1模型腔体内Cu-水纳米流体自然对流换热效果比C2模型腔体更好。(2)在腔体下壁面局部热源温度随时间按正弦规律变化的条件下,数值模拟并分析了纳米颗粒体积分数φ、局部热壁面无量纲位置D以及腔体高宽比AR对C1模型腔体内Cu-水纳米流体非稳态自然对流换热的影响。通过对数值计算结果的分析得知:随着φ的增大,封闭腔体内Cu-水纳米流体的流动强度和换热能力都呈增强趋势。随着D的增大,腔体内Cu-水纳米流体的流动强度不断增强,但腔体内Cu-水纳米流体自然对流换热速率的增强却不明显。随着AR的不断增大,腔体内Cu-水纳米流体的流动强度增强。此外,封闭腔体内Cu-水纳米流体自然对流传热速率随腔体高宽比的变化趋势与Ra数有关。(3)在考虑布朗运动的条件下,对腔体下壁面局部热源温度随时间按正弦规律变化的倾斜方腔内Cu-水纳米流体非稳态自然对流换热特性进行了数值研究。主要分析了在考虑布朗运动的条件下纳米颗粒体积分数φ、Ra数以及腔体倾角γ对C1模型倾斜方腔内Cu-水纳米流体非稳态自然对流换热的影响。数值计算结果表明,考虑布朗运动对Cu-水纳米流体流动强度的影响与Ra数有关,当Ra数较大时,考虑布朗运动时腔体内Cu-水纳米流体流动强度增强;当Ra数较小时,考虑布朗运动对Cu-水纳米流体流动强度的影响不明显。考虑布朗运动时腔体内Cu-水纳米流体自然对流换热效果优于不考虑布朗运动时,而且考虑布朗运动对腔体内Cu-水纳米流体自然对流换热效果的强化程度随着Ra数的不断增大而增强。腔体倾角对其腔体内Cu-水纳米流体流动性能及换热效果的影响与Ra数大小有关。当Ra数较小时,腔体倾角对其腔体内Cu-水纳米流体流动性能及换热效果的影响均不明显,而当Ra数较大时,腔体倾斜角度的增大不利于腔体内Cu-水纳米流体的流动性能及换热效果。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK124
【部分图文】：
水自然对流换热和封闭方腔内 Cu-水纳米流体的稳态自然对流换热，将数值计算结果与相关文献中所给出的数值进行比较，计算的相对误差在 5%以内。最后在局部热源温度随时间正弦变化条件下，对冷壁面和绝热壁面位置不同的方腔内Cu-水纳米流体自然对流换热特性进行二维数值研究。重点分析了局部热源无量纲长度 B、Ra 数以及温度正弦变化的无量纲振幅 a 对温度边界构型不同腔体内 Cu-水纳米流体自然对流换热特性的影响。2.1 物理模型和控制方程本章节研究的物理模型如图 2.1 所示，其中方腔的长度为 L(m)，局部热源长度为 b(m)，其中 b≤L，局部热源中心距 y 轴的距离为 d(m)，在本章节的研究内容中均取 d=L/2(m)。方腔内充满 Cu-水纳米流体，热源的温度 TH随时间按正弦规律变化，冷壁面维持恒温 TC，热源的温度时均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之间的相对关系如图 2.2 所示。冷壁面和绝热壁面位置不同的两种物理模型如图 2.3 所示，这两种温度边界构型的模型分别用 C1、C2 表示，在两种温度边界构型 C1、C2 腔体中，局部热源都位于腔体下壁面且其温度均随时间呈正弦变化，其各模型中绝热壁面和冷壁面分布不同。纯水和 Cu 纳米颗粒的热物性参数如表 2.1 所示。
水自然对流换热和封闭方腔内 Cu-水纳米流体的稳态自然对流换热，将数值计算结果与相关文献中所给出的数值进行比较，计算的相对误差在 5%以内。最后在局部热源温度随时间正弦变化条件下，对冷壁面和绝热壁面位置不同的方腔内Cu-水纳米流体自然对流换热特性进行二维数值研究。重点分析了局部热源无量纲长度 B、Ra 数以及温度正弦变化的无量纲振幅 a 对温度边界构型不同腔体内 Cu-水纳米流体自然对流换热特性的影响。2.1 物理模型和控制方程本章节研究的物理模型如图 2.1 所示，其中方腔的长度为 L(m)，局部热源长度为 b(m)，其中 b≤L，局部热源中心距 y 轴的距离为 d(m)，在本章节的研究内容中均取 d=L/2(m)。方腔内充满 Cu-水纳米流体，热源的温度 TH随时间按正弦规律变化，冷壁面维持恒温 TC，热源的温度时均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之间的相对关系如图 2.2 所示。冷壁面和绝热壁面位置不同的两种物理模型如图 2.3 所示，这两种温度边界构型的模型分别用 C1、C2 表示，在两种温度边界构型 C1、C2 腔体中，局部热源都位于腔体下壁面且其温度均随时间呈正弦变化，其各模型中绝热壁面和冷壁面分布不同。纯水和 Cu 纳米颗粒的热物性参数如表 2.1 所示。
当进行到第 11 及以上个周期的模终模拟结果的影响，因此本文均选用第 11 个周期以上的研究目的和相应的条件，计算过程中0.05，B=0.2、0.5 和 0.8，D=0.5，Ra=103~106，体流动强度的一个重要参数，流函数是满足连续数。此处引入无量纲流函数 ψ 来分析封闭方腔内下：UY ，VX 面章节中都用 ψmax来表示腔体内 Cu-水纳米流体后文均简称为最大流函数。a 对不同温度边界构型的方腔内 Cu-水纳的影响局部热源无量纲温度 θH随 τ 变化曲线，其中个周期内选定的 5 个无量纲时间点，其相互之
【参考文献】
本文编号：2851636
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK124
【部分图文】：
水自然对流换热和封闭方腔内 Cu-水纳米流体的稳态自然对流换热，将数值计算结果与相关文献中所给出的数值进行比较，计算的相对误差在 5%以内。最后在局部热源温度随时间正弦变化条件下，对冷壁面和绝热壁面位置不同的方腔内Cu-水纳米流体自然对流换热特性进行二维数值研究。重点分析了局部热源无量纲长度 B、Ra 数以及温度正弦变化的无量纲振幅 a 对温度边界构型不同腔体内 Cu-水纳米流体自然对流换热特性的影响。2.1 物理模型和控制方程本章节研究的物理模型如图 2.1 所示，其中方腔的长度为 L(m)，局部热源长度为 b(m)，其中 b≤L，局部热源中心距 y 轴的距离为 d(m)，在本章节的研究内容中均取 d=L/2(m)。方腔内充满 Cu-水纳米流体，热源的温度 TH随时间按正弦规律变化，冷壁面维持恒温 TC，热源的温度时均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之间的相对关系如图 2.2 所示。冷壁面和绝热壁面位置不同的两种物理模型如图 2.3 所示，这两种温度边界构型的模型分别用 C1、C2 表示，在两种温度边界构型 C1、C2 腔体中，局部热源都位于腔体下壁面且其温度均随时间呈正弦变化，其各模型中绝热壁面和冷壁面分布不同。纯水和 Cu 纳米颗粒的热物性参数如表 2.1 所示。
水自然对流换热和封闭方腔内 Cu-水纳米流体的稳态自然对流换热，将数值计算结果与相关文献中所给出的数值进行比较，计算的相对误差在 5%以内。最后在局部热源温度随时间正弦变化条件下，对冷壁面和绝热壁面位置不同的方腔内Cu-水纳米流体自然对流换热特性进行二维数值研究。重点分析了局部热源无量纲长度 B、Ra 数以及温度正弦变化的无量纲振幅 a 对温度边界构型不同腔体内 Cu-水纳米流体自然对流换热特性的影响。2.1 物理模型和控制方程本章节研究的物理模型如图 2.1 所示，其中方腔的长度为 L(m)，局部热源长度为 b(m)，其中 b≤L，局部热源中心距 y 轴的距离为 d(m)，在本章节的研究内容中均取 d=L/2(m)。方腔内充满 Cu-水纳米流体，热源的温度 TH随时间按正弦规律变化，冷壁面维持恒温 TC，热源的温度时均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之间的相对关系如图 2.2 所示。冷壁面和绝热壁面位置不同的两种物理模型如图 2.3 所示，这两种温度边界构型的模型分别用 C1、C2 表示，在两种温度边界构型 C1、C2 腔体中，局部热源都位于腔体下壁面且其温度均随时间呈正弦变化，其各模型中绝热壁面和冷壁面分布不同。纯水和 Cu 纳米颗粒的热物性参数如表 2.1 所示。
当进行到第 11 及以上个周期的模终模拟结果的影响，因此本文均选用第 11 个周期以上的研究目的和相应的条件，计算过程中0.05，B=0.2、0.5 和 0.8，D=0.5，Ra=103~106，体流动强度的一个重要参数，流函数是满足连续数。此处引入无量纲流函数 ψ 来分析封闭方腔内下：UY ，VX 面章节中都用 ψmax来表示腔体内 Cu-水纳米流体后文均简称为最大流函数。a 对不同温度边界构型的方腔内 Cu-水纳的影响局部热源无量纲温度 θH随 τ 变化曲线，其中个周期内选定的 5 个无量纲时间点，其相互之
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 韩喜莲;马兵善;孟曦;;周期性边界变化条件下封闭腔内纳米流体的流动模拟[J];制冷与空调(四川);2012年06期
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10 宣益民,李强;纳米流体强化传热研究[J];工程热物理学报;2000年04期
本文编号：2851636
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