【摘要】：納米流體具有良好的導(dǎo)熱性能,在日常生活和工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。自從納米流體的概念提出之后,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始對(duì)其進(jìn)行研究,研究?jī)?nèi)容基本包括:納米流體穩(wěn)定性、物性、傳熱特性、強(qiáng)化換熱機(jī)理等各個(gè)方面。但是對(duì)于納米流體自然對(duì)流的流動(dòng)及換熱研究還處在初級(jí)階段,并且納米流體自然對(duì)流與強(qiáng)制對(duì)流的研究結(jié)果具有很大差異,至今還沒有一個(gè)確切理論能解釋產(chǎn)生這種差異性結(jié)果的原因。本文應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)矩形腔體內(nèi)Rayleigh-Benard自然對(duì)流的流動(dòng)及換熱進(jìn)行數(shù)值模擬研究。首先,在矩形腔體內(nèi)充滿流體,在不同瑞利數(shù)下形成穩(wěn)定的對(duì)渦。用流函數(shù)等值線示意對(duì)流形成的過程,Rayleigh-Benard自然對(duì)流是重力、流體粘滯力、浮升力共同作用的結(jié)果;當(dāng)矩形腔體中心點(diǎn)流體速度達(dá)到最大并且不隨時(shí)間變化時(shí),對(duì)流穩(wěn)定,并且Rayleigh-Benard自然對(duì)流的旋渦流動(dòng)是穩(wěn)定的、自發(fā)的且旋渦流動(dòng)方向按逆、順時(shí)針交替出現(xiàn)。其次,采用多相流混合模型,對(duì)矩形腔體內(nèi)的納米流體進(jìn)行模擬,模擬計(jì)算得到的Nuavg值與文獻(xiàn)值、經(jīng)驗(yàn)公式值進(jìn)行對(duì)比,存在一定的誤差,但其大小均在允許范圍內(nèi)。在一定范圍內(nèi)對(duì)模擬值進(jìn)行擬合,擬合后的系數(shù)與經(jīng)驗(yàn)公式的系數(shù)對(duì)比相差很小,證明了模型的正確性。最后,在驗(yàn)證模型的正確性之后,對(duì)矩形腔內(nèi)納米流體進(jìn)行數(shù)值模擬。獲得結(jié)果:納米流體Rayleigh-Benard自然對(duì)流的形成過程N(yùn)uavg隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)出非線性性;Rayleigh-Benard自然對(duì)流中納米流體與水傳熱的對(duì)比情況:在瑞利數(shù)小于6×106時(shí),水的換熱情況好于納米流體,當(dāng)瑞利數(shù)大于6×106時(shí),納米流體的換熱情況好于水的;納米粒子粒徑越小換熱效果越好;基液物性參數(shù)的綜合比較是衡量換熱效果的依據(jù),與強(qiáng)制對(duì)流換熱中只比較基液的導(dǎo)熱系數(shù)有很大的區(qū)別;在自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流中添加金屬粒子比添加金屬氧化物粒子的換熱效果要好。
[Abstract]:Nano-fluids have good thermal conductivity and are widely used in daily life and industry. Since the concept of nano-fluid was put forward, scholars at home and abroad began to study it, including the stability of nano-fluid, physical properties, heat transfer characteristics, enhancement of heat transfer mechanism and other aspects. However, the study of natural convection and heat transfer of nanoscale fluid is still in the primary stage, and the results of the study on natural convection and forced convection of nanoscale fluid are quite different. Up to now, there is no definite theory to explain the cause of the difference. In this paper, FLUENT software is used to simulate the natural convection flow and heat transfer of Rayleigh-Benard in rectangular cavity. Firstly, the rectangular cavity is filled with fluid, and a stable pair vortex is formed under different Rayleigh numbers. The Rayleigh-Benard natural convection is the result of the interaction of gravity, fluid viscosity and floating lift. When the velocity of the fluid at the center of the rectangular cavity reaches the maximum and does not change with time, the convection is stable, and the vortex flow of the natural convection in Rayleigh-Benard is stable, and the vortex flow direction is reversed and the vortex appears alternately clockwise. Secondly, the multi-phase flow mixing model is used to simulate the nanoscale fluid in rectangular cavity. The Nuavg value obtained by simulation is compared with the literature value and the empirical formula value. There is a certain error, but its size is within the allowable range. The simulated values are fitted within a certain range, and the comparison between the coefficients of the fitted model and the empirical formula is very small, which proves the correctness of the model. Finally, after verifying the correctness of the model, the numerical simulation of nanoscale fluid in rectangular cavity is carried out. The results are as follows: the formation process of Rayleigh-Benard natural convection in nanoscale fluid is nonlinear with the change of Nuavg with time. Comparison of heat transfer between nano-fluid and water in Rayleigh-Benard natural convection: when Rayleigh number is less than 6 脳 10 ~ 6, the heat transfer of water is better than that of nano-fluid, and when Rayleigh number is greater than 6 脳 10 ~ 6, the heat transfer of nano-fluid is better than that of water. The smaller the particle size is, the better the heat transfer effect is, and the comprehensive comparison of the physical properties of the base solution is the basis for measuring the heat transfer effect, which is different from the heat conductivity of the base solution only compared with the forced convection heat transfer. The heat transfer effect of adding metal particles in natural convection and forced convection is better than that of adding metal oxide particles.
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK124

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本文編號(hào)：2347509