【摘要】：多孔介質(zhì)中的自然對流換熱廣泛存在于太陽能利用、石油開采、核廢料的安全存放及電路電子設(shè)備的冷卻等工程應(yīng)用中。由于多孔介質(zhì)中基液的導(dǎo)熱能力較弱,使得多孔介質(zhì)中自然對流換熱的強化受到一定限制。在基液中添加納米顆�？梢赃_(dá)到強化傳熱的目的。近些年一些學(xué)者在多孔介質(zhì)的自然對流換熱中采用了納米流體,并得到了一定的成果,但這一課題的研究相對來說較少。因此,本文采用局部熱平衡(LTE)和局部非熱平衡(LTNE)兩種模型,數(shù)值研究了波紋壁面多孔介質(zhì)腔體中納米流體的自然對流換熱,具體內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)采用Darcy-Brinkman模型和局部熱平衡模型數(shù)值研究了波紋形多孔介質(zhì)腔體中Cu-水納米流體的自然對流換熱。腔體右側(cè)垂直壁面中部保持恒定的高溫,左側(cè)為恒定低溫波紋形壁面,右側(cè)其余部分和上下水平壁面絕熱。分析了右側(cè)高溫壁面無量綱長度C、左側(cè)波紋面無量綱振幅b、瑞利數(shù)Ra、納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ、達(dá)西數(shù)Da等參數(shù)變化時對自然對流換熱的影響。結(jié)果表明,局部高溫壁面平均Nu數(shù)隨著C的增大而減小,隨著b的增大而增大,隨著瑞利數(shù)Ra、達(dá)西數(shù)Da和納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ增大而增大。(2)采用局部熱平衡模型數(shù)值研究了雙側(cè)波紋形多孔介質(zhì)腔體內(nèi)Cu-水納米流體的自然對流換熱。腔體右側(cè)波紋曲面為恒定高溫壁面,左側(cè)波紋曲面為恒定低溫壁面,其余壁面保持絕熱。流動采用Darcy-Brinkman-Forchheimer模型,分析了波紋面波紋數(shù)k、波紋面無量綱振幅b、瑞利數(shù)Ra、納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ、達(dá)西數(shù)Da、多孔介質(zhì)孔隙率ε等參數(shù)變化時對自然對流換熱的影響。結(jié)果表明,高溫波紋壁面平均Nu數(shù)隨著k的增大而減小。在達(dá)西數(shù)Da為10~(-2)和10~(-3)時,平均Nu數(shù)隨著b的增大而減小;在達(dá)西數(shù)Da為10~(-4)和10~(-5)時,平均Nu數(shù)隨b先作微小減弱,后作微小增加,并在b為0.1時達(dá)到最小。高溫波紋壁面平均Nu數(shù)隨著瑞利數(shù)Ra、納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ和達(dá)西數(shù)Da的增大而增大,隨著多孔介質(zhì)孔隙率ε的增加而作微弱的減小。(3)采用局部非熱平衡(LTNE)模型數(shù)值研究了波紋形多孔介質(zhì)腔體中Cu-水納米流體的自然對流換熱。腔體右側(cè)波紋壁面為恒定高溫壁面,左側(cè)波紋壁面為恒定低溫壁面,流動采用Darcy模型。分析了波峰突起相對高度λ、無量綱容積換熱系數(shù)Nhs、納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ對自然對流換熱的影響。結(jié)果表明,高溫波紋壁面平均Nu數(shù)隨著波峰突起相對高度λ的增加而減小;納米流體相的平均Nu_(nf)數(shù)隨著Nhs的增大而減小,固體骨架相的平均Nu_s數(shù)隨著Nhs的增大而增大;無量綱容積換熱系數(shù)Nhs較小時,局部非熱平衡效應(yīng)影響明顯;納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ的增加使得納米流體相的和固體骨架相的平均Nu數(shù)均增加。
【圖文】：

圖 2.1 物理模型所涉及的水、玻璃球以及 Cu 納米顆粒的相關(guān)物性參表 2.1 水、玻璃球以及 Cu 納米顆粒的熱物性參數(shù)參數(shù) 基液(水) 玻璃 銅m-3) 997.1 2700 8933-1·K-1) 4179 840 385-1·K-1) 0.613 1.05 4001·K-1)21 0.9 1.672·s-1) 1.47 403 1163.1過程中做了以下基本假設(shè)：孔介質(zhì)固體骨架是均勻分布的玻璃球；體是不可壓縮且流動為層流的 Cu-水納米流體，選用

波紋形多孔介質(zhì)封閉腔體中納米流體自然對流換熱數(shù)值研究逐漸增大。流場的流線越來越扁，這是由于納米流體受熱面變長的結(jié)果，由于左側(cè)波紋壁面的阻力較大，流場主要分布于波紋壁面右側(cè)。從等溫圖中可以看出，高溫壁面的平均 Nu 數(shù)隨著其無量綱長度的增大而逐漸減小，這是因為隨著高溫壁面長度的增加，溫度邊界層由集中分布向均勻分布發(fā)展，沿高溫壁面的平均 Nu數(shù)隨著長度增加略微減小。由于熱浮升力作用，等溫圖呈現(xiàn)出右上方溫度高，，左下方溫度低的分布。平均溫度等溫線逐漸從腔體右上方向腔體中央移動。maxΨ =3.13maxΨ =3.32maxΨ =3.47maxΨ =3.61maxΨ =3.72
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK124

【參考文獻(xiàn)】

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1 Mikhail A.SHEREMET;Ioan POP;Hakan F.?ZTOP;Nidal ABU-HAMDEH;;Natural convective heat transfer and nanofluid flow in a cavity with top wavy wall and corner heater[J];Journal of Hydrodynamics;2016年05期

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3 曾敏;王剛;謝公南;陳秋煬;王秋旺;;復(fù)雜多孔介質(zhì)腔體內(nèi)自然對流換熱的數(shù)值研究[J];計算物理;2008年04期

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本文編號：2660269