板式换热器内纳米流体流动和传热特性模拟

发布时间：2017-05-30 09:02

  本文关键词：板式换热器内纳米流体流动和传热特性模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：换热器是工程应用中不可缺少的工艺设备，板式热交换器(PHEs)因其结构紧凑、高效，适用于不同负载，既灵活又方便卫生，因此广泛应用于石油、化工、制冷等许多工程领域中。如今，换热工质的低传热性能已成为新一代高效传热冷却技术研究的主要障碍。而提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加固体粒子。本文尝试将Cu-水纳米流体作为冷流体应用于板式换热器，通过数值模拟方法得到不同工况下纳米流体传热的温度场、换热系数及流场的空间分布，分析Cu-水纳米流体在板式换热器中流动与传热特性。探索纳米流体最为经济适用的应用途径，促进我国节能减排事业的深入开展。 首先，本文对质量浓度为0.1%，0.3%，0.5%，0.7%的Cu-水纳米流体进行了数值模拟。分别研究了纳米流体的质量分数，Re数等对对流换热系数的影响，并将模拟结果与实验结果进行了比较。通过模拟得出，以Cu-水纳米流体为冷流体的板式换热器的换热效果明显优于纯水。但在提高流速，增大纳米流体浓度的同时，应充分考虑粘度增加导致压降的增大对换热器性能的影响。 其次，在原有模型的基础上进行改进，对纳米流体在板式换热器单边流动和对角流动情况下分别进行了模拟。研究了纳米流体在不同流动形式下，Re数对对流换热系数的影响以及努赛尔数的变化。通过模拟得出，纳米流体可以提高板式换热器的性能，其中以纳米流体作为冷流体的单边流动板式换热器的强化传热效果最佳。 最后得出综合结论：Cu-水纳米流体可以提高板式换热器的换热性能，质量分数为0.5%的Cu-水纳米流体换热效果最佳，纳米流体在单边流动情况下的换热系数高于对角流动情况，且压降也小于对角流动。
【关键词】：纳米流体 数值模拟 传热 换热系数
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 主要符号表11-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究的背景及意义12-13
• 1.2 纳米流体发展动态13-15
• 1.3 板式换热器发展动态15-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 数值模型理论基础20-29
• 2.1 计算流体动力学20-21
• 2.2 流动基本特性21-22
• 2.3 多相流模型22-24
• 2.4 数值计算方法24-28
• 2.4.1 基本控制方程24-25
• 2.4.2 离散化的目的25-27
• 2.4.3 SIMPLE 算法27
• 2.4.4 计算的收敛27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 换热器内纳米流体流动和传热特性29-45
• 3.1 物理模型29-32
• 3.1.1 板式换热器的参数29-30
• 3.1.2 网格划分及无关性验证30-32
• 3.2 控制方程及边界条件确定32-34
• 3.3 模型验证34-36
• 3.3.1 对应实验介绍34-36
• 3.3.2 模型验证36
• 3.4 计算结果分析36-44
• 3.4.1 数据处理相关公式36-37
• 3.4.2 流动与传热分析37-42
• 3.4.3 Nu 数与压降分析42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 纳米流体单边与对角流动模拟45-55
• 4.1 物理模型45-48
• 4.1.1 板式换热器的参数45-46
• 4.1.2 网格划分及无关性验证46-48
• 4.2 控制方程及边界条件确定48
• 4.3 模型验证48-49
• 4.4 计算结果分析49-54
• 4.5 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李强,宣益民;纳米流体对流换热的实验研究[J];工程热物理学报;2002年06期

2 宣益民,余凯,吴轩,李强;基于Lattice-Boltzmann方法的纳米流体流动与传热分析[J];工程热物理学报;2004年06期

3 戴闻亭,李俊明,王补宣,陈骁;细圆管内氧化铜颗粒悬浮液流动与对流换热的实验研究[J];工业加热;2002年05期

4 桑迪科;黄思;;螺旋折流板换热器流动与传热数值模拟[J];化工机械;2009年06期

5 梁欣;张锁龙;陈文超;;双波纹板管式换热器流场的数值模拟[J];化工机械;2011年01期

6 李强,宣益民;铜-水纳米流体流动与对流换热特性[J];中国科学E辑:技术科学;2002年03期

7 宣益民,李强,姚正平;纳米流体的格子Boltzmann模拟[J];中国科学E辑:技术科学;2004年03期

8 白敏丽;徐哲;吕继组;;纳米流体对内燃机冷却系统强化传热的数值模拟研究[J];内燃机学报;2008年02期

9 顾雪婷;李茂德;;纳米流体强化传热研究分析[J];能源研究与利用;2008年01期

10 张仲彬;董鹏飞;王月明;徐志明;;板式换热器结构优化三维数值分析[J];化工机械;2013年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 钟勋;氧化铝纳米流体在发动机油冷器中的强化传热研究[D];浙江大学;2010年

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本文编号：406770