E型倾斜腔体内纳米流体自然对流数值研究
发布时间：2021-08-07 08:13
对E型倾斜腔体内Cu-水纳米流体自然对流换热进行数值研究,主要分析了纳米颗粒体积分数φ、Ra数以及腔体倾角γ对自然对流换热的影响。数值计算结果表明,平均努塞尔数随着φ和Ra数的增大而增大。腔体倾角γ对传热速率的影响主要取决于Ra数的大小,当Ra数较小时,γ对传热速率的影响不明显,而当Ra数增大到107时,传热速率随γ的增大而增加。通过向水中添加纳米颗粒可强化流体的换热效果,这种强化作用随着Ra数的增大而逐渐减弱。
【文章来源】：甘肃科学学报. 2020,32(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
物理模型与坐标系统
不同Ra数下腔体内φ=0.1的Cu-水纳米流体和纯水的最大流函数值Ψmax随腔体倾角γ的变化规律如图2所示,图2中虚线表示纯水的Ψmax随γ的变化曲线,而实线表示φ=0.1的Cu-水纳米流体的Ψmax随γ的变化曲线。由图2可知,当Ra=104时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的Ψmax随腔体倾角γ的变化曲线基本重合,而当Ra=105时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的Ψmax随腔体倾角γ变化曲线逐渐开始分开,且φ=0.1的Cu-水纳米流体的Ψmax值较纯水对应的Ψmax数值更大。同时从图2也可看出,当Ra=104～106时,腔体内Cu-水纳米流体及纯水的最大流函数值Ψmax均随腔体倾角γ变化不明显,当Ra数增大至107时,Ψmax随腔体倾角γ变化较明显。整体来说,当Ra=104～106时,腔体倾角对腔体内Cu-水纳米流体及纯水的流动强度的影响都不明显,而当Ra数增大至107时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的流动强度均随着腔体倾角的增大先增大后减小。出现上述现象的原因主要有:(1)当Ra数较小的时候由于浮升力较小,换热过程主要以导热为主,而随着Ra数进一步增加,流体浮升力越来越大,换热过程逐渐出现以对流为主的趋势,所以当Ra数较大时,会形成对流漩涡;(2)在E型腔体内,由于其腔体形状的特殊性,通过腔体内流场图分析发现,随着倾角的不断变化,腔体内会形成不同流动方向的冷、热对流漩涡,从而影响流体的流动强度。不同Ra数下腔体内φ=0.1的Cu-水纳米流体和纯水的平均努塞尔数Nuave随腔体倾角γ的变化规律如图3所示,图3中虚线表示纯水的Nuave随γ的变化曲线,而实线表示φ=0.1的Cu-水纳米流体的Nuave随γ的变化曲线。由图3可知,当Ra数较小(Ra=104、105)时,腔体内Cu-水纳米流体及纯水的Nuave均随腔体倾角γ变化不明显,当Ra数较大(Ra=106、107)时,Nuave随腔体倾角γ变化较明显。而且φ=0.1的Cu-水纳米流体对应的Nuave数值较纯水对应的Nuave数值更大。不仅如此,Ra数较大时对应的Nuave数值较Ra数较小时对应的Nuave数值更大。整体来说,当Ra数较小(104～105)时,腔体倾角对腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果影响都不明显,而当Ra数增大至107时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的换热效果均随着腔体倾角的增大而增大,且腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果均随着Ra数的增大而增强。原因同上所述。
不同Ra数下腔体内φ=0.1的Cu-水纳米流体和纯水的平均努塞尔数Nuave随腔体倾角γ的变化规律如图3所示,图3中虚线表示纯水的Nuave随γ的变化曲线,而实线表示φ=0.1的Cu-水纳米流体的Nuave随γ的变化曲线。由图3可知,当Ra数较小(Ra=104、105)时,腔体内Cu-水纳米流体及纯水的Nuave均随腔体倾角γ变化不明显,当Ra数较大(Ra=106、107)时,Nuave随腔体倾角γ变化较明显。而且φ=0.1的Cu-水纳米流体对应的Nuave数值较纯水对应的Nuave数值更大。不仅如此,Ra数较大时对应的Nuave数值较Ra数较小时对应的Nuave数值更大。整体来说,当Ra数较小(104～105)时,腔体倾角对腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果影响都不明显,而当Ra数增大至107时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的换热效果均随着腔体倾角的增大而增大,且腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果均随着Ra数的增大而增强。原因同上所述。当Ra数为107且纳米颗粒体积分数φ取值不同时,热壁面平均努塞尔数Nuave随倾角γ的变化规律如图4所示。从图4明显可以看出,φ值较大时对应的Nuave数值比φ值较小时对应的Nuave数值更大,且当φ值一定时Nuave均随着倾角的增大而增大,即当Ra数为107时,Nuave随着纳米颗粒体积分数φ和腔体倾角γ的增大均呈增大趋势。这一点也同时应证了图3的结论。
【参考文献】：
期刊论文
[1]凹槽形腔体内TiO2-水纳米流体自然对流数值研究[J]. 王杰,王刚,马兵善,张晶. 甘肃科学学报. 2017(06)
本文编号：3327427
【文章来源】：甘肃科学学报. 2020,32(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
物理模型与坐标系统
不同Ra数下腔体内φ=0.1的Cu-水纳米流体和纯水的最大流函数值Ψmax随腔体倾角γ的变化规律如图2所示,图2中虚线表示纯水的Ψmax随γ的变化曲线,而实线表示φ=0.1的Cu-水纳米流体的Ψmax随γ的变化曲线。由图2可知,当Ra=104时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的Ψmax随腔体倾角γ的变化曲线基本重合,而当Ra=105时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的Ψmax随腔体倾角γ变化曲线逐渐开始分开,且φ=0.1的Cu-水纳米流体的Ψmax值较纯水对应的Ψmax数值更大。同时从图2也可看出,当Ra=104～106时,腔体内Cu-水纳米流体及纯水的最大流函数值Ψmax均随腔体倾角γ变化不明显,当Ra数增大至107时,Ψmax随腔体倾角γ变化较明显。整体来说,当Ra=104～106时,腔体倾角对腔体内Cu-水纳米流体及纯水的流动强度的影响都不明显,而当Ra数增大至107时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的流动强度均随着腔体倾角的增大先增大后减小。出现上述现象的原因主要有:(1)当Ra数较小的时候由于浮升力较小,换热过程主要以导热为主,而随着Ra数进一步增加,流体浮升力越来越大,换热过程逐渐出现以对流为主的趋势,所以当Ra数较大时,会形成对流漩涡;(2)在E型腔体内,由于其腔体形状的特殊性,通过腔体内流场图分析发现,随着倾角的不断变化,腔体内会形成不同流动方向的冷、热对流漩涡,从而影响流体的流动强度。不同Ra数下腔体内φ=0.1的Cu-水纳米流体和纯水的平均努塞尔数Nuave随腔体倾角γ的变化规律如图3所示,图3中虚线表示纯水的Nuave随γ的变化曲线,而实线表示φ=0.1的Cu-水纳米流体的Nuave随γ的变化曲线。由图3可知,当Ra数较小(Ra=104、105)时,腔体内Cu-水纳米流体及纯水的Nuave均随腔体倾角γ变化不明显,当Ra数较大(Ra=106、107)时,Nuave随腔体倾角γ变化较明显。而且φ=0.1的Cu-水纳米流体对应的Nuave数值较纯水对应的Nuave数值更大。不仅如此,Ra数较大时对应的Nuave数值较Ra数较小时对应的Nuave数值更大。整体来说,当Ra数较小(104～105)时,腔体倾角对腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果影响都不明显,而当Ra数增大至107时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的换热效果均随着腔体倾角的增大而增大,且腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果均随着Ra数的增大而增强。原因同上所述。
不同Ra数下腔体内φ=0.1的Cu-水纳米流体和纯水的平均努塞尔数Nuave随腔体倾角γ的变化规律如图3所示,图3中虚线表示纯水的Nuave随γ的变化曲线,而实线表示φ=0.1的Cu-水纳米流体的Nuave随γ的变化曲线。由图3可知,当Ra数较小(Ra=104、105)时,腔体内Cu-水纳米流体及纯水的Nuave均随腔体倾角γ变化不明显,当Ra数较大(Ra=106、107)时,Nuave随腔体倾角γ变化较明显。而且φ=0.1的Cu-水纳米流体对应的Nuave数值较纯水对应的Nuave数值更大。不仅如此,Ra数较大时对应的Nuave数值较Ra数较小时对应的Nuave数值更大。整体来说,当Ra数较小(104～105)时,腔体倾角对腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果影响都不明显,而当Ra数增大至107时,腔体内Cu-水纳米流体和纯水的换热效果均随着腔体倾角的增大而增大,且腔体内Cu-水纳米流体及纯水的换热效果均随着Ra数的增大而增强。原因同上所述。当Ra数为107且纳米颗粒体积分数φ取值不同时,热壁面平均努塞尔数Nuave随倾角γ的变化规律如图4所示。从图4明显可以看出,φ值较大时对应的Nuave数值比φ值较小时对应的Nuave数值更大,且当φ值一定时Nuave均随着倾角的增大而增大,即当Ra数为107时,Nuave随着纳米颗粒体积分数φ和腔体倾角γ的增大均呈增大趋势。这一点也同时应证了图3的结论。
【参考文献】：
期刊论文
[1]凹槽形腔体内TiO2-水纳米流体自然对流数值研究[J]. 王杰,王刚,马兵善,张晶. 甘肃科学学报. 2017(06)
本文编号：3327427
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