纳米颗粒两相流中颗粒动力学演变及对流传热和阻力特牲的研究
发布时间：2023-05-03 13:25
纳米颗粒两相流普遍存在于自然界中,并且在工程热物理、材料、能源、食品、医疗与药品等领域有着非常广泛的应用。生活中常见的烟、尘、雾、霾等细微颗粒物悬浮在气体中的分散体系被称为气溶胶,这就是最典型的气固、气液纳米颗粒两相系统。近几年我国各地频发灰霾现象,空气中粒径在100纳米以下的颗粒极易被人体呼吸系统吸入并沉积在肺泡上,严重损害了人们的身体健康。在工程领域,将不同尺寸和形状的纳米颗粒分散到传统换热介质中,制备出均一稳定的液-固纳米颗粒两相悬浮液,并应用于热交换的流动中,可以提高换热过程的效率,从而达到节能减排的效果。常见的纳米颗粒两相流动系统通常包含着数目极大且跨尺度的颗粒,所以在研究其动力学演变时需着眼于颗粒群的统计规律,求解基于纳米颗粒尺度分布函数构建的颗粒通用动力学方程。该方程通过综合考虑颗粒相发生的成核、凝并、破碎、相变、化学反应等多种动力学事件,并结合流场中对流、扩散和外力场等对颗粒输运的外部影响来描述颗粒的动力学演变过程。尽管该方程有着多尺度、非线性、复杂性等特点,但矩方法等数学物理方法已被被提出用于对其进行快速和精确地数值求解,从而实现对气溶胶或纳米流体等两相流的流动特性进...
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 纳米颗粒两相流的研究方法
1.3 纳米颗粒两相流的研究进展
1.4 本文的研究内容和创新点
第2章 基础理论
2.1 纳米颗粒受力及运动分析
2.1.1 Stokes阻力及其Cunningham修正
2.1.2 布朗运动及扩散
2.2 纳米流体的黏度和阻力系数
2.2.1 黏度
2.2.2 阻力系数
2.3 纳米流体的传热特性
2.3.1 热力学性质
2.3.2 导热系数
2.3.3 对流传热
2.4 颗粒通用动力学方程及其矩方法
2.4.1 颗粒通用动力学方程
2.4.2 颗粒动力学事件及其核模型
2.4.3 矩方法
2.5 圆柱状颗粒悬浮流的本构方程
2.5.1 悬浮流的本构方程
2.5.2 圆柱状颗粒的取向概率分布
第3章 含(n/3)阶矩的布朗凝并直接泰勒展开矩方法
3.1 引言
3.2 理论推导
3.3 结果与讨论
3.4 结论
第4章 平面射流场内颗粒演化的矩方法研究
4.1 引言
4.2 理论模型
4.2.1 流场控制方程
4.2.2 颗粒输运方程
4.2.3 直接泰勒展开矩方法
4.3 数值方法
4.4 结果与讨论
4.4.1 流场验证
4.4.2 颗粒数密度
4.4.3 颗粒粒径分布
4.4.4 颗粒多分散性和标准偏差分布
4.5 结论
第5章 纳米颗粒喷射弥散的演化研究
5.1 引言
5.2 实验装置及方法
5.3 理论模型
5.3.1 流场控制方程
5.3.2 颗粒控制方程
5.4 数值方法
5.5 结果与讨论
5.5.1 流场分析
5.5.2 数值验证
5.5.3 机理分析
5.5.4 高压释放弥散特性
5.5.5 凝并与破碎
5.6 结论
第6章 圆柱状纳米颗粒悬浮层流流场的传热和阻力特性研究
6.1 引言
6.2 理论模型
6.2.1 圆柱状纳米颗粒悬浮流的控制方程组
6.2.2 颗粒取向分布的控制方程
6.2.3 颗粒浓度分布的一般动力学方程
6.3 数值方法
6.4 结果与讨论
6.4.1 速度分布
6.4.2 温度分布
6.4.3 阻力系数
6.4.4 对流传热
6.5 结论
第7章 圆柱状纳米颗粒悬浮湍流流场的传热和阻力特性研究
7.1 引言
7.2 理论模型
7.3 数值方法
7.4 结果与讨论
7.4.1 结果验证
7.4.2 取向张量
7.4.3 阻力系数
7.4.4 对流传热
7.5 结论
第8章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间主要研究成果
本文编号：3806784
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 纳米颗粒两相流的研究方法
1.3 纳米颗粒两相流的研究进展
1.4 本文的研究内容和创新点
第2章 基础理论
2.1 纳米颗粒受力及运动分析
2.1.1 Stokes阻力及其Cunningham修正
2.1.2 布朗运动及扩散
2.2 纳米流体的黏度和阻力系数
2.2.1 黏度
2.2.2 阻力系数
2.3 纳米流体的传热特性
2.3.1 热力学性质
2.3.2 导热系数
2.3.3 对流传热
2.4 颗粒通用动力学方程及其矩方法
2.4.1 颗粒通用动力学方程
2.4.2 颗粒动力学事件及其核模型
2.4.3 矩方法
2.5 圆柱状颗粒悬浮流的本构方程
2.5.1 悬浮流的本构方程
2.5.2 圆柱状颗粒的取向概率分布
第3章 含(n/3)阶矩的布朗凝并直接泰勒展开矩方法
3.1 引言
3.2 理论推导
3.3 结果与讨论
3.4 结论
第4章 平面射流场内颗粒演化的矩方法研究
4.1 引言
4.2 理论模型
4.2.1 流场控制方程
4.2.2 颗粒输运方程
4.2.3 直接泰勒展开矩方法
4.3 数值方法
4.4 结果与讨论
4.4.1 流场验证
4.4.2 颗粒数密度
4.4.3 颗粒粒径分布
4.4.4 颗粒多分散性和标准偏差分布
4.5 结论
第5章 纳米颗粒喷射弥散的演化研究
5.1 引言
5.2 实验装置及方法
5.3 理论模型
5.3.1 流场控制方程
5.3.2 颗粒控制方程
5.4 数值方法
5.5 结果与讨论
5.5.1 流场分析
5.5.2 数值验证
5.5.3 机理分析
5.5.4 高压释放弥散特性
5.5.5 凝并与破碎
5.6 结论
第6章 圆柱状纳米颗粒悬浮层流流场的传热和阻力特性研究
6.1 引言
6.2 理论模型
6.2.1 圆柱状纳米颗粒悬浮流的控制方程组
6.2.2 颗粒取向分布的控制方程
6.2.3 颗粒浓度分布的一般动力学方程
6.3 数值方法
6.4 结果与讨论
6.4.1 速度分布
6.4.2 温度分布
6.4.3 阻力系数
6.4.4 对流传热
6.5 结论
第7章 圆柱状纳米颗粒悬浮湍流流场的传热和阻力特性研究
7.1 引言
7.2 理论模型
7.3 数值方法
7.4 结果与讨论
7.4.1 结果验证
7.4.2 取向张量
7.4.3 阻力系数
7.4.4 对流传热
7.5 结论
第8章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间主要研究成果
本文编号：3806784
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3806784.html
