【摘要】：非牛頓冪律流體流動傳熱現(xiàn)象在生產(chǎn)實際和自然界中廣泛存在,尤其在工程實況中比較常見,比如工業(yè)混合攪拌技術(shù)、原油開采以及水煤漿輸配等。近年來工業(yè)水平的提高使得能耗加劇,“節(jié)能增效”成為緩解能源壓力的一大有力措施。我國能源以化石能源為主,化石能源中的流體又多數(shù)以非牛頓流體的形式存在,再加上非牛頓流體的流變特性較牛頓流體更為復雜多樣,所以對其流動傳熱特性展開系統(tǒng)且詳細研究具有深刻意義。本文以常見的非牛頓冪律流體為主要研究介質(zhì),研究不同截面直管和螺旋管內(nèi)冪律流體的沿程阻力系數(shù)變化規(guī)律和對流換熱規(guī)律。本文主要通過數(shù)值模擬對冪律流體在不同截面的直管和螺旋管內(nèi)的流動與換熱展開研究。首先將本文的數(shù)值模擬計算值與已有的實驗關(guān)聯(lián)式、經(jīng)典實驗值進行比較分析,對所選用的冪律模型和湍流模型進行驗證。然后采用驗證過的冪律模型和湍流模型對特定冪律流體在直管和螺旋管內(nèi)的流動、傳熱進行數(shù)值模擬計算及分析。主要探討分析了截面形狀、雷諾數(shù)、冪律指數(shù)、相對粗糙度等多個因素對管內(nèi)流體的流動和換熱的影響。另外,由于螺旋管的幾何構(gòu)成稍微復雜,因此還考慮了曲率和無量綱螺距對管內(nèi)流體流動及換熱的影響規(guī)律,并對螺旋管內(nèi)Y=0截面上的速度場、壓強場和溫度場變化規(guī)律進行了詳細的分析及討論。同時,為了更清晰的展現(xiàn)螺旋管內(nèi)冪律流體的流動和換熱特性,分別設(shè)定絕熱條件和恒壁溫條件進行模擬計算。研究結(jié)果顯示,截面形狀、雷諾數(shù)、冪律指數(shù)、相對粗糙度等因素對直管和螺旋管內(nèi)的非牛頓冪律流體的流動沿程阻力系數(shù)及對流換熱強度變化有一定程度的影響,各因素與流體流動和換熱之間均有一定的相關(guān)性。另外,螺旋管的曲率和無量綱螺距對管內(nèi)冪律流體的流動和換熱也有不同程度的影響,結(jié)果顯示曲率的影響明顯更大。其原因在于改變曲率會改變迪恩數(shù)的大小,從而影響管內(nèi)二次流的擾動程度,進而影響管內(nèi)冪律流體流動阻力和換熱能力的變化;而無量綱螺距變化并不改變迪恩數(shù),對二次流的影響不大,因此對流動和換熱的影響也相對較小。本文主要探討了不同截面的直管和螺旋管內(nèi)的非牛頓冪律流體流動阻力和對流換熱的變化規(guī)律,旨在為研究非牛頓冪律流體的復雜流變特性導致的流動和換熱規(guī)律特性提供一些理論參考。
【圖文】：

牛頓、非牛頓流體的區(qū)別在流體中，認為只有牛頓流體具有嚴格意義上的粘度定義，非牛頓流體則必須有兩個、甚

圖 1.2 幾種流體的流變曲線對比應力很小的時候便開始流動，隨著剪切速率的增大，，剪切稀化特性，流變曲線如圖 1.2 中的曲線③所示。沫凝膠、黃原膠溶液、CMC 溶液、大豆蛋白質(zhì)等。
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ021.3

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