【摘要】：現(xiàn)階段,關于腔體內自然對流換熱的研究大部分都集中在穩(wěn)態(tài)自然對流換熱,然而熱邊界條件隨時間變化的腔體內非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱現(xiàn)象,在電子、生物、化學工程以及太陽能利用等領域具有廣泛的應用背景和意義。其次納米流體作為一種具有優(yōu)越傳熱性能的新型材料,正在逐步取代傳統(tǒng)的換熱介質。因此對于腔體內納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱的研究必不可少。本文在熱源熱流隨時間振蕩條件下,對二維等腰三角形腔體內Cu-水、Al_2O_3-水以及TiO_2-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱特性進行數(shù)值研究。本文的主要研究內容如下:(1)在底壁面局部熱源熱流隨時間按余弦規(guī)律變化,左右斜壁面維持相對較低恒溫的條件下,采用數(shù)值模擬的方法,研究分析了瑞利數(shù)Ra、納米顆粒體積分數(shù)φ、熱流振蕩的無量綱周期τ_p等相關參數(shù)以及納米顆粒種類(Cu、Al_2O_3以及TiO_2)對二維等腰三角形腔體內納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱特性的影響。結果表明,增加Ra數(shù)和納米顆粒體積分數(shù),分別使三角形腔體內浮升力提高以及流體有效傳熱系數(shù)增加,強化了腔體內自然對流換熱,加速了熱量的傳遞,降低了熱源溫度。同時基液中添加納米粒子會降低周期內熱源溫度的變化范圍。其次,等腰三角形腔體內納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱受到熱源熱流振蕩無量綱周期τ_p的影響。其中當0.01≤t_p≤10時,熱流振蕩的無量綱周期對熱源幾何平均努塞爾數(shù)和最大無量綱溫度的影響是十分顯著的。在此范圍內,隨著τ_p的增加,周期內熱源的溫度變化范圍增加,熱源平均無量綱溫度呈線性增加。然而當τ_p＞10時,腔體內自然對流換熱受熱流振蕩周期的影響可以忽略。最后相比于Al_2O_3與TiO_2納米顆粒,Cu納米顆粒具有較高導熱系數(shù),因此同等條件下腔體內Cu-水納米流體具有更優(yōu)越的自然對流換熱性能。(2)在底壁面局部熱源熱流隨時間按余弦規(guī)律變化,左右斜壁面維持相對較低恒溫的條件下,采用數(shù)值模擬的方法,研究分析了腔體高寬比、熱源位置以及熱源長度等幾何條件對二維等腰三角形腔體內Cu-水納米流體自然對流換熱特性的影響。結果表明Ra數(shù)不同時,二維等腰三角形腔體內Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱受腔體高寬比的影響出現(xiàn)差異。當Ra=10~4時,腔體高寬比的增加導致腔體內熱量傳遞速率的降低;當Ra=10~6時,腔體高寬比的增加提高了腔體內流體流動的強度,自然對流換熱得到強化;當Ra=10~5時,在A=1~1.5之間存在最不利的腔體高寬比A值,使得腔體內自然對流換熱效果最差。其次相比于底壁面其他位置,當局部熱源位于底壁面中心時,腔體內熱量交換效率降低,自然對流換熱效果減弱,熱源溫度升高。并且相比于高Ra數(shù),低Ra數(shù)時腔體內換熱速率受熱源位置的影響更明顯。同時隨著熱源長度的增加,熱源產生更多的熱量,導致熱源溫度升高,腔體內浮升力增強,流體流動速度提高。然而當熱源無量綱長度e0.6時,腔體內Cu-水納米流體自然對流受熱源長度的影響可忽略。隨著熱源長度的增加,周期內熱源最大溫度升高,最低溫度降低,熱源具有更大的溫度變化范圍。同時發(fā)現(xiàn)腔體內Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱過程中,靠近腔體冷壁面的熱源端是熱源與流體發(fā)生自然對流最強烈的位置,也是熱量進入腔體的主要位置,從而導致熱源的最高溫度出現(xiàn)在熱源中心位置。(3)在底壁面局部熱源熱流隨時間按余弦規(guī)律變化,左右斜壁面維持相對較低恒溫的條件下,采用數(shù)值模擬的方法,研究分析了不同瑞利數(shù)Ra以及不同的熱源長度下,腔體傾斜角度對二維等腰三角形腔體內Cu-水納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱的影響。結果表明Ra數(shù)不同時,腔體傾斜角度對腔體內Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱影響不同。主要表現(xiàn)在低Ra數(shù)時,即Ra=10~4,腔體傾斜角度的變化對腔體內Cu-水納米流體自然對流的影響可忽略。然而隨著Ra數(shù)的增加,腔體傾斜角度的增加促進了腔體內流體流動增強,腔體內自然對流換熱得到了強化,熱源溫度降低。當熱源長度較短時,即無量綱熱源長度ε=0.2或ε=0.4,隨著腔體傾斜角度的增加,腔體內流體的流動增強,自然對流換熱得到提升;當熱源長度較長時,即無量綱熱源長度ε=0.6或ε=0.8,高Ra數(shù)下0°~30°之間存在最不利的腔體傾斜角度δ,使得腔體內Cu-水納米流體自然對流換熱減弱,熱量交換速率降低,熱源溫度升高。同時隨著腔體傾斜角度的增加,腔體內流體與熱源左端之間熱量交換逐漸變得強烈,更多的熱量將從左側冷壁面?zhèn)鞒銮惑w。最后,對于所有的Ra數(shù)及熱源長度,當腔體傾斜角度大于60°時,腔體傾斜角度對腔體內納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱影響不再明顯。
【圖文】：

所得數(shù)據(jù)與相關文獻值進行比對，確保了數(shù)面局部熱源熱流隨時間按余弦規(guī)律變化，左形腔體內納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱進體積分數(shù) 、熱流振蕩變化的無量綱周期 p及 TiO2)對自然對流換熱特性的影響。學描述理模型如圖 2.1 所示，其中二維等腰三角形度為 w 的局部熱源，，熱源中心距離原點 o 余弦規(guī)律變化，如公式 2.1 所示，左右斜壁絕熱。純水和納米顆粒的熱物理參數(shù)如表 2.p0'' ''2q1 costq t

(a) 無量綱時間迭代步長確定 (b) 網格獨立性驗證圖 2.2 無量綱時間迭代步長確定與網格獨立性驗證2.3.2 計算程序驗證為了驗證計算程序的準確性與可靠性，利用該程序求解文獻[9]關于熱源熱流隨時間變化條件下，方腔內 Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱問題。通過圖 2.3 的模擬結果對比，周期內熱源壁面努塞爾數(shù) Num與文獻中的相應值基本吻合。隨后，又利用計算程序求解文獻[61]中恒定熱源熱流下方腔內 Cu-水納米流體穩(wěn)態(tài)自然對流換熱問題，模擬結果如表 2.2 所示，通過數(shù)據(jù)的比對發(fā)現(xiàn)計算程序的準確性與可靠性滿足要求。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK124

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 魏楚雄;柯嘉洪;向雄志;黃東炎;;納米流體的研究進展[J];廣東化工;2018年22期

2 徐瑛;王為旺;黃云云;洪若瑜;;高導熱納米流體的制備與應用研究進展[J];功能材料;2019年05期

3 戴紫夢;;納米流體在三次采油中的應用[J];華東科技;2017年12期

4 左瑞良;董超;徐萌;;“兩步法”納米流體的制備[J];科技經濟導刊;2017年34期

5 華珍;王毅;;納米流體熱傳遞特性的研究進展[J];機床與液壓;2018年01期

6 周宏旺;葛紅花;李雙圻;王峰;吳凱;;納米流體及其對金屬腐蝕行為的影響[J];腐蝕與防護;2018年01期

7 黃子強;白建波;陸曉;陳秉巖;羅朋;李華鋒;張超;;納米流體輻射特性理論分析與實驗研究[J];光譜學與光譜分析;2018年03期

8 姚遠;廉永旺;龔宇烈;陳穎;;納米流體熱量傳遞的研究進展[J];河南大學學報(自然科學版);2018年02期

9 屈健;張若梅;田敏;;氧化銅-碳納米管/水混合納米流體的光熱性能[J];化工進展;2018年06期

10 張勝寒;韓曉雪;;納米顆粒表面修飾對納米流體黏度的影響[J];科學技術與工程;2018年21期

相關會議論文 前10條

1 吳熙;方文軍;郭永勝;;碳氫燃料基鉑納米流體的催化裂解[A];中國化學會第一屆全國燃燒化學學術會議論文摘要集[C];2015年

2 劉益?zhèn)?陳曦;;納米流體增強防護結構[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

3 熊傳溪;施偉利;陳建平;劉磊;楊全嶺;王珊;;無溶劑碳納米流體在能源方面的應用[A];2016年全國高分子材料科學與工程研討會論文摘要集[C];2016年

4 吳恒安;王奉超;;納米流體提高驅油效率的微力學機理研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

5 劉崇;李志剛;;納米流體力學初探及應用[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

6 王瑞星;劉斌;申志遠;于晉澤;;納米流體蓄冷材料對菜花儲運過程的溫度影響的分析[A];2013中國制冷學會學術年會論文集[C];2013年

7 李春蕊;鄭連存;;基于黏彈性流體為基液的納米流體在旋轉圓盤中的流動研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

8 劉春燕;鄭連存;林平;潘明陽;;納米流體單相模型在多孔介質磁場作用下的反常傳熱[A];第十屆全國流體力學學術會議論文摘要集[C];2018年

9 王章飛;章學來;賈瀟雅;鄭欽月;李躍;;金屬氧化鋁納米流體動態(tài)真空法冰漿制備的實驗研究[A];上海市制冷學會2017年學術年會論文集[C];2017年

10 沈學峰;劉志偉;張?zhí)礻?劉海龍;王軍鋒;;納米流體液滴撞擊固壁鋪展特性研究[A];第十屆全國流體力學學術會議論文摘要集[C];2018年

相關重要報紙文章 前2條

1 本報記者 祝亦楠;宣益民：發(fā)現(xiàn)納米流體能量傳遞規(guī)律[N];江蘇科技報;2015年

2 涵薏;新型換熱介質研制的領軍者[N];上�？萍紙�;2010年

相關博士學位論文 前10條

1 Zaib Un Nisa;含或不含納米顆粒和阻尼的牛頓和非牛頓流體的流動[D];中國科學技術大學;2019年

2 李英琪;納米流體動態(tài)潤濕行為主動調控的力學機理研究[D];中國科學技術大學;2017年

3 孔令輝;TiO_2納米流體熱傳輸及摩擦學行為研究[D];北京科技大學;2018年

4 王景濤;換熱表面納米流體顆粒污垢沉積特性研究[D];東北電力大學;2017年

5 彭望;光子晶體納米流體結構研究與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2017年

6 李強;納米流體強化傳熱機理研究[D];南京理工大學;2004年

7 朱海濤;納米流體的制備、穩(wěn)定及導熱性能研究[D];山東大學;2005年

8 彭小飛;車用散熱器中納米流體高溫傳熱基礎問題研究[D];浙江大學;2007年

9 錢明;激光照射納米流體形成散斑的特性及應用研究[D];南京理工大學;2008年

10 何欽波;外加磁場強化磁性納米流體的光熱特性及機理研究[D];華南理工大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 熊紹森;納米流體熱物性及相變蓄冷特性研究[D];武漢工程大學;2018年

2 鄭周;碳納米管納米流體流動換熱特性實驗研究[D];武漢工程大學;2018年

3 楊獻亮;燃氣輪機納米流體間冷器換熱的數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱理工大學;2019年

4 蘭世超;熱流隨時間振蕩條件下二維等腰三角形腔體內納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流數(shù)值研究[D];蘭州理工大學;2019年

5 田寶學;納米流體在EOR中的應用及驅油機理研究[D];中國石油大學(華東);2017年

6 韋寶杰;TiO_2/SiC-導熱油納米流體的傳熱性能研究[D];西南石油大學;2018年

7 何蘭蛟;納米流體燃料液滴的靜電脫落及破碎特性研究[D];杭州電子科技大學;2018年

8 羅稀玉;Cu-H_2O納米流體受熱運動的分子動力學模擬[D];長沙理工大學;2017年

9 桂兆;納米流體在ORC中的傳熱特性研究[D];昆明理工大學;2018年

10 許喜偉;銅/石墨烯納米流體的合成及其分散穩(wěn)定性[D];蘭州理工大學;2016年

本文編號：2646710