自由空间内单喷嘴纳米流体冲击射流换热特性实验研究

发布时间：2017-09-17 15:28

  本文关键词：自由空间内单喷嘴纳米流体冲击射流换热特性实验研究

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【摘要】：冲击射流能极大地提高局部换热系数,是解决很多工业换热难题的一种简单且有效的方法。但是随着日益增长的工业换热需求,传统的换热工质已经不能满足一些特定的换热需求。纳米流体是以一定方式和比例,将纳米级的颗粒添加到液体工质中,形成的均一、稳定的新型换热介质,与传统液体工质相比较,其具有更强的换热能力。本文尝试将纳米流体作为冷却工质引入到冲击射流换热中,探究纳米流体对冲击射流换热特性的强化作用,基于此,本文进行了以下几个方面的工作：首先,我们利用“二步法”分别制备不同体积分数的Si02-水及A1203-水纳米流体,并进行悬浮稳定性实验和电镜扫描实验,实验结果均表明,我们制备的纳米流体具有比较好的悬浮稳定性；接着我们对纳米流体的热物性进行实验研究,通过实验方法分别测量了纳米流体的粘度和导热系数,实验结果表明,纳米流体的粘度和导热系数均会受纳米颗粒体积分数和温度的影响。再次,搭建了单喷嘴冲击射流换热特性实验台,分别以去离子水,不同体积分数的Si02-水和A1203-水纳米流体为实验工质,探究射流冲击高度,射流冲击角,射流雷诺数,纳米颗粒体积分数及粒径对冲击射流换热特性的影响,同时探究了冲击射流过程中换热面径向方向的温度分布,实验结果表明,在基础液体中添加纳米颗粒能显著地强化冲击射流换热,且添加金属氧化物颗粒比非金属氧化物颗粒更加有效,纳米颗粒体积分数及粒径都会影响冲击射流换热。同时,射流冲击高度,射流冲击角对去离子水、Si02-水和A1203-水纳米流体的冲击射流换热特性的影响趋势一致,去离子水、Si02-水和A1203-水纳米流体的换热面在稳态时径向方向的温度分布情况均一致,也就是说,纳米粒子的加入不会对基础液体的流动特性造成太大的影响。最后,在已有的一些换热经验关联式的基础上,综合考虑纳米颗粒及冲击条件等诸多因素,拟合出一个用于计算自由空间内单喷嘴纳米流体冲击射流换热系数的经验关联式。关联式的计算值和实际测量值误差不大,这证明这个经验关联式具有一定的准确性。
【关键词】：纳米流体 冲击射流 强化换热 活塞冷却
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 概述9-10
• 1.2 冲击射流理论概述10-11
• 1.3 常规流体冲击射流换热的实验研究进展11-13
• 1.4 纳米流体冲击射流换热的研究进展13-14
• 1.5 冲击射流换热理论研究进展14-15
• 1.6 论文的研究内容及论文结构15-17
• 2 纳米流体的制备、悬浮稳定性及热物性研究17-29
• 2.1 纳米流体的制备17
• 2.2 悬浮稳定性试验17-19
• 2.3 电镜扫描实验19-21
• 2.4 纳米流体热物性实验研究21-25
• 2.4.1 粘度实验测量21-23
• 2.4.2 导热系数实验测量23-25
• 2.5 纳米流体热物性的理论计算25-28
• 2.5.1 纳米流体粘度的理论计算25-26
• 2.5.2 纳米流体导热系数的理论计算26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 纳米流体冲击射流换热实验装置及实验方法29-40
• 3.1 实验装置29-35
• 3.1.1 射流产生系统30-31
• 3.1.2 射流室系统31-33
• 3.1.3 温度调节系统33-34
• 3.1.4 测量系统34-35
• 3.2 实验方法35-37
• 3.3 实验具体步骤37-38
• 3.4 实验误差分析38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 冲击射流换热实验结果及分析40-61
• 4.1 去离子水冲击射流换热的实验结果及分析40-43
• 4.1.1 去离子水冲击射流换热的径向分布40-41
• 4.1.2 冲击高度对去离子水冲击射流换热的影响41
• 4.1.3 冲击角对去离子水冲击射流换热的影响41-42
• 4.1.4 雷诺数对去离子水冲击射流换热的影响42-43
• 4.2 SiO_2-水纳米流体冲击射流换热的实验结果及分析43-50
• 4.2.1 纳米粒子的加入对换热特性的影响43-46
• 4.2.2 SiO_2-水纳米流体冲击射流换热的径向分布46-47
• 4.2.3 冲击高度对SiO_2-水纳米流体冲击射流换热的影响47-49
• 4.2.4 冲击角对SiO_2-水纳米流体冲击射流换热的影响49-50
• 4.3 Al_2O_3-水纳米流体冲击射流换热特性实验结果及分析50-59
• 4.3.1 纳米粒子的加入对冲击射流换热的影响50-54
• 4.3.2 Al_2O_3-水纳米流体冲击射流换热的径向分布54
• 4.3.3 冲击高度对Al_2O_3-水纳米流体冲击射流换热的影响54-57
• 4.3.4 冲击角对Al_2O_3-水纳米流体冲击射流换热的影响57-58
• 4.3.5 纳米粒子粒径对Al_2O_3-水纳米流体冲击射流换热的影响58-59
• 4.4 本章小结59-61
• 5 自由空间内单喷嘴纳米流体冲击射流换热经验关联式61-66
• 6 总结与展望66-69
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

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本文编号：870196