不同截面管道内非牛顿幂律流体的流动与传热研究
发布时间：2022-07-03 19:54
随着我国城市化进程的加快以及工业水平的不断提高,与此同时也带来了巨大的能源压力。因此,能源的利用、开发与节约能耗要求势必会不断的提高,工业设备将更加趋于节能、耐用。在石油、煤炭和动力工程中,多数流体都具有非牛顿流体特性,同时非牛顿流体还普遍存在于自然界和实际生产过程中。非牛顿流体理论在各方面的应用起到了非常重要的支撑作用,它涉及到众多材料的流动本质和流动特性。非牛顿流体的流动特性和能量传输机理是工业设备设计从业者所必须掌握的重要理论基础。对非牛顿幂律流体的流动与传热展开针对性研究对适应经济发展、降低能源消耗具有深远的意义,并在水利、化学、冶金、材料、能源、生物等工程领域具有非常大的实用价值和现实意义。本文主要对不同截面管道内的非牛顿幂律流体流动与传热问题进行了一系列的研究。首先对非牛顿流体的数学模型和本文采用的物理模型进行了简单介绍,采用结构化网格对物理模型进行划分,并结合实验数据验证本文数值模拟方法的合理性。在基于理论分析的基础上,针对不同幂律指数的非牛顿流体在不同截面形状管道内的层流流动进行了直接数值模拟研究。在探讨速度场和温度场分布的基础上,进一步分析了管截面形状、幂律指数（n）...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 非牛顿流体概述
1.2.1 非牛顿流体的定义
1.2.2 非牛顿流体的分类
1.2.3 非牛顿流体的流动特性
1.2.4 非牛顿流体流动与传热的求解方法
1.3 流体的流动与传热概述
1.4 国内外研究现状
1.4.1 牛顿流体管内流动与传热特性的研究现状
1.4.2 非牛顿流体管内流动与传热特性的研究现状
1.4.3 现有研究存在的问题
1.5 本文主要的研究内容
第2章 非牛顿流体流动与传热的数学物理模型
2.1 CFD数值模拟方法
2.1.1 数值模拟理论概述
2.1.2 有限容积法
2.1.3 CFD软件简介
2.2 数学模型
2.2.1 控制方程
2.2.2 非牛顿流体流动与传热重要的基本参数
2.3 物理模型
2.3.1 物理模型概述
2.3.2 边界条件及计算区域设置
2.3.3 网格生成及网格独立性验证
2.4 数值模拟结果的合理性验证
2.5 本章小结
第3章 非牛顿幂律流体的速度场与流动阻力研究
3.1 速度入口段的变化规律
3.1.1 Pe数对速度入口段长度变化的影响
3.1.2 截面形状对速度入口段长度变化的影响
3.2 速度场的变化规律
3.2.1 截面形状对速度场变化的影响
3.2.2 幂律指数对速度场变化的影响
3.3 流体流动阻力的变化规律
3.4 本章小结
第4章 非牛顿幂律流体的温度场与传热特性研究
4.1 热入口段长度的变化规律
4.1.1 Pe数对热入口段长度变化的影响
4.1.2 截面形状对热入口段长度变化的影响
4.2 温度场的变化规律
4.2.1 截面形状对温度场变化的影响
4.2.2 幂律指数对温度场变化的影响
4.3 流体对流换热强度的变化规律
4.4 本章小结
第5章 90°弯管内非牛顿幂律流体的湍流流动研究
5.1 弯管局部阻力损失
5.2 弯管流动阻力特性的模拟结果与分析
5.3 弯管内迪恩数对二次流的影响
5.4 弯管内迪恩数对二次流影响的模拟结果与分析
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
主要符号表
致谢
攻读硕士学位期间发表论文情况及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study on Local Resistance of non-Newtonian Power Law Fluid in Elbow Pipes[J]. ZHANG Hao,XU Tiantian,ZHANG Xinxin,WANG Yuxiang,WANG Yuancheng,LIU Xueting. Journal of Thermal Science. 2016(03)
[2]倾斜条件下强迫流动的传热特性研究[J]. 杜思佳,张虹. 核动力工程. 2012(03)
[3]连续油管螺旋段摩阻压耗数值模拟[J]. 张晋凯,李根生,黄中伟,田守嶒,史怀忠,宋先知. 中国石油大学学报(自然科学版). 2012(02)
[4]螺旋管中二次流强度的数值研究[J]. 郭小勇,赵创要,王良璧,林志敏. 甘肃科学学报. 2011(03)
[5]幂律流体环空流动的速度场与温度场耦合计算[J]. 董贤勇,李兆敏,周阴国,刘金荣. 石油矿场机械. 2011(04)
[6]非牛顿流体研究进展及发展趋势[J]. 刘海燕,庞明军,魏进家. 应用化工. 2010(05)
[7]壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究[J]. 温娟,丁京伟,齐承英,杨历. 河北工业大学学报. 2009(03)
[8]迪恩涡运动规律的数值研究[J]. 朱辉,湛含辉,李灿,彭彪. 湖南工业大学学报. 2009(03)
[9]圆管螺旋流的流动与传热数值模拟[J]. 郭永辉,刘朝. 工业加热. 2007(03)
[10]同心环形管强迫流动与传热实验研究[J]. 白博峰,王彦超,肖泽军. 化学工程. 2007(06)
博士论文
[1]非牛顿流体在旋转曲线管道内的对流换热研究[D]. 张明侃.浙江大学 2008
本文编号：3655544
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 非牛顿流体概述
1.2.1 非牛顿流体的定义
1.2.2 非牛顿流体的分类
1.2.3 非牛顿流体的流动特性
1.2.4 非牛顿流体流动与传热的求解方法
1.3 流体的流动与传热概述
1.4 国内外研究现状
1.4.1 牛顿流体管内流动与传热特性的研究现状
1.4.2 非牛顿流体管内流动与传热特性的研究现状
1.4.3 现有研究存在的问题
1.5 本文主要的研究内容
第2章 非牛顿流体流动与传热的数学物理模型
2.1 CFD数值模拟方法
2.1.1 数值模拟理论概述
2.1.2 有限容积法
2.1.3 CFD软件简介
2.2 数学模型
2.2.1 控制方程
2.2.2 非牛顿流体流动与传热重要的基本参数
2.3 物理模型
2.3.1 物理模型概述
2.3.2 边界条件及计算区域设置
2.3.3 网格生成及网格独立性验证
2.4 数值模拟结果的合理性验证
2.5 本章小结
第3章 非牛顿幂律流体的速度场与流动阻力研究
3.1 速度入口段的变化规律
3.1.1 Pe数对速度入口段长度变化的影响
3.1.2 截面形状对速度入口段长度变化的影响
3.2 速度场的变化规律
3.2.1 截面形状对速度场变化的影响
3.2.2 幂律指数对速度场变化的影响
3.3 流体流动阻力的变化规律
3.4 本章小结
第4章 非牛顿幂律流体的温度场与传热特性研究
4.1 热入口段长度的变化规律
4.1.1 Pe数对热入口段长度变化的影响
4.1.2 截面形状对热入口段长度变化的影响
4.2 温度场的变化规律
4.2.1 截面形状对温度场变化的影响
4.2.2 幂律指数对温度场变化的影响
4.3 流体对流换热强度的变化规律
4.4 本章小结
第5章 90°弯管内非牛顿幂律流体的湍流流动研究
5.1 弯管局部阻力损失
5.2 弯管流动阻力特性的模拟结果与分析
5.3 弯管内迪恩数对二次流的影响
5.4 弯管内迪恩数对二次流影响的模拟结果与分析
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
主要符号表
致谢
攻读硕士学位期间发表论文情况及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study on Local Resistance of non-Newtonian Power Law Fluid in Elbow Pipes[J]. ZHANG Hao,XU Tiantian,ZHANG Xinxin,WANG Yuxiang,WANG Yuancheng,LIU Xueting. Journal of Thermal Science. 2016(03)
[2]倾斜条件下强迫流动的传热特性研究[J]. 杜思佳,张虹. 核动力工程. 2012(03)
[3]连续油管螺旋段摩阻压耗数值模拟[J]. 张晋凯,李根生,黄中伟,田守嶒,史怀忠,宋先知. 中国石油大学学报(自然科学版). 2012(02)
[4]螺旋管中二次流强度的数值研究[J]. 郭小勇,赵创要,王良璧,林志敏. 甘肃科学学报. 2011(03)
[5]幂律流体环空流动的速度场与温度场耦合计算[J]. 董贤勇,李兆敏,周阴国,刘金荣. 石油矿场机械. 2011(04)
[6]非牛顿流体研究进展及发展趋势[J]. 刘海燕,庞明军,魏进家. 应用化工. 2010(05)
[7]壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究[J]. 温娟,丁京伟,齐承英,杨历. 河北工业大学学报. 2009(03)
[8]迪恩涡运动规律的数值研究[J]. 朱辉,湛含辉,李灿,彭彪. 湖南工业大学学报. 2009(03)
[9]圆管螺旋流的流动与传热数值模拟[J]. 郭永辉,刘朝. 工业加热. 2007(03)
[10]同心环形管强迫流动与传热实验研究[J]. 白博峰,王彦超,肖泽军. 化学工程. 2007(06)
博士论文
[1]非牛顿流体在旋转曲线管道内的对流换热研究[D]. 张明侃.浙江大学 2008
本文编号：3655544
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3655544.html
