非牛顿纳米流体在螺旋隔板椭圆管换热器中的传热研究

发布时间：2017-10-07 05:07

  本文关键词：非牛顿纳米流体在螺旋隔板椭圆管换热器中的传热研究

  更多相关文章： 非牛顿流体 多壁碳纳米管 螺旋隔板椭圆管换热器

【摘要】：非牛顿流体是指不满足牛顿黏性定律的流体,其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系。在化工、食品、轻工等领域,常遇到非牛顿流体的传热问题,设计开发高效换热器并进行强化传热研究具有实际意义。螺旋隔板换热器是一种高效换热器结构,但目前关于非牛顿流体在螺旋隔板换热器中的传热研究还很少。本文以羧甲基纤维素(CMC)的水溶液作为非牛顿流体,并选取CMC质量浓度为3%的水溶液作为基液,在基液中添加多壁碳纳米管(MWCNTs)制备出质量浓度分别为0.1wt%、0.5wt%、1.0wt%和2.0wt%的MWCNTs/CMC纳米流体。通过流变特性分析发现,MWCNTs/CMC纳米流体也为非牛顿流体,并表现出剪切变稀的流变特性,其粘度都随着温度的升高而减小。比热容和热导率的测试发现,MWCNTs/CMC非牛顿纳米流体的比热容与基液相近,但热导率比基液提高了4.2%~14.6%。实验研究了基液和0.5wt%MWCNTs/CMC非牛顿纳米流体在螺旋隔板椭圆管换热器壳程和管程的流动与传热性能,并进行了性能对比。实验结果表明,对于在壳程的传热过程,在相同入口温度条件下,0.5wt%MWCNTs/CMC非牛顿纳米流体的传热系数比基液提高了4.3%~11.1%,对应地压降也增加了3.1%~8.6%。对于在管程的传热过程,在相同入口温度条件下,0.5wt%MWCNTs/CMC非牛顿纳米流体的传热系数比基液提高了20.8%~44.1%,对应地压降也增加了4.3%~9.8%。基于实验数据,分别拟合了MWCNTs/CMC非牛顿纳米流体在螺旋隔板椭圆管换热器壳程和管程的努赛尔特数和欧拉数的关系式,实验值和公式的计算值吻合良好,大部分偏差在±5%以内。在相同入口温度条件下,MWCNTs/CMC非牛顿纳米流体在壳程的传热流阻比是管程的1.02~1.45倍,证明在壳程流动时能获得更好的换热效果。
【关键词】：非牛顿流体 多壁碳纳米管 螺旋隔板椭圆管换热器
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 主要符号表10-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 非牛顿流体的研究进展14-20
• 1.2.1 非牛顿纳米流体流变特性及热物性的研究14-18
• 1.2.1.1 添加金属或者金属氧化物纳米粒子的非牛顿流体15-16
• 1.2.1.2 添加非金属材料纳米粒子的非牛顿流体16-18
• 1.2.2 非牛顿流体传热性能的研究进展18-20
• 1.2.2.1. 非牛顿流体的传热研究18-19
• 1.2.2.2. 非牛顿流体的数值模拟19-20
• 1.3 螺旋隔板换热器的研究20-24
• 1.4 本课题的研究内容24-28
• 1.4.1 羧甲基纤维素（CMC）的物性24-25
• 1.4.2 多壁碳纳米管（MWCNTs）的结构25-26
• 1.4.3 本课题研究内容和创新26-28
• 第二章 非牛顿纳米流体的制备及热物性测试分析28-45
• 2.1 非牛顿纳米流体的制备及其稳定性分析28-34
• 2.1.1 CMC水溶液的制备28-29
• 2.1.2 不同质量浓度的CMC水溶液的稳定性分析29-30
• 2.1.3 MWCNTs/CMC纳米流体的制备30-32
• 2.1.4 不同质量浓度的MWCNTs/CMC纳米流体的稳定性分析32-34
• 2.2 非牛顿流体的流变特性分析34-40
• 2.2.1 CMC水溶液的流变特性测试分析34-36
• 2.2.2 MWCNTs/CMC纳米流体的流变特性测试分析36-40
• 2.3 非牛顿流体的比热容测试40-41
• 2.4 非牛顿流体的热导率测试41-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第三章 传热实验装置系统及实验方法45-53
• 3.1 实验系统及主要器材45-49
• 3.1.1 实验系统45-47
• 3.1.2 实验设备47-49
• 3.2 实验方法49-52
• 3.2.1 实验前的准备49-51
• 3.2.2 实验测量步骤51-52
• 3.3 本章小结52-53
• 第四章 数据处理及误差分析53-64
• 4.1 实验数据处理53-57
• 4.1.1 总传热系数的计算53-54
• 4.1.2 非牛顿流体走壳程时的传热系数计算54-56
• 4.1.3 非牛顿流体走管程时的传热系数计算56-57
• 4.2 实验误差分析57-63
• 4.2.1 实验误差理论分析58-59
• 4.2.2 传热实验误差实际分析59-60
• 4.2.3 总传热系数不确定性分析60-62
• 4.2.4 冷却水传热系数不确定性分析62
• 4.2.5 非牛顿流体传热系数不确定性分析62-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 实验结果和讨论64-76
• 5.1 非牛顿流体在壳程的传热与流阻性能研究64-69
• 5.1.1 非牛顿流体在壳程的传热性能研究64-66
• 5.1.2 非牛顿流体在壳程的流阻性能研究66-67
• 5.1.3 非牛顿流体在壳程的传热关系式拟合67-69
• 5.2 非牛顿流体在管程的传热与流阻性能研究69-73
• 5.2.1 非牛顿流体在管程的传热性能研究69-70
• 5.2.2 非牛顿流体在管程的流阻性能研究70-71
• 5.2.3 非牛顿流体在管程的传热关系式拟合71-73
• 5.3 壳程和管程的传热性能对比73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论与展望76-78
• 参考文献78-86
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果86-87
• 致谢87-88
• 附件88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林成先，，葛绍岩;方形通道内非牛顿流体的强化传热[J];工程热物理学报;1994年03期

2 杜婷婷;杜文静;王红福;程林;;椭圆管连续螺旋折流板换热器布管方式对壳侧传热和阻力性能的影响[J];工程热物理学报;2014年12期

3 洪欢喜;武卫东;盛伟;刘辉;张华;;纳米流体制备的研究进展[J];化工进展;2008年12期

4 刘均洪,顾培韵,潘勤敏,孙建中,潘祖仁;垂直管内高粘假塑性流体传热实验研究[J];化工学报;1993年02期

5 曹兴;杜文静;汲水;程林;;搭接方式对螺旋折流板换热器壳程性能的影响[J];化工学报;2011年12期

6 杜文静;王红福;曹兴;程林;;新型六分扇形螺旋折流板换热器壳程传热及流动特性[J];化工学报;2013年09期

7 阳倦成;徐鸿鹏;李凤臣;;黏弹性流体基纳米流体流变学特性[J];化工学报;2014年S1期

8 陈立飞;;含碳纳米管纳米流体制备及其性能研究[J];上海第二工业大学学报;2011年02期

9 张敏革;张吕鸿;姜斌;李鑫钢;;双螺带-螺杆搅拌桨在不同流体中的搅拌流场特性[J];天津大学学报;2009年10期

10 刘建;张正国;高学农;王真勇;;螺旋折流板与弓型折流板强化管换热器的传热性能对比[J];压力容器;2011年03期

本文编号：987054