【摘要】：隨著熱科學(xué)技術(shù)的不斷革新,各種熱交換設(shè)備的換熱效率也在不斷提高,使得傳統(tǒng)換熱工質(zhì)逐漸無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)上的需求。因此,尋找一種新型換熱工質(zhì)來(lái)替代傳統(tǒng)換熱工質(zhì)用以提高熱交換設(shè)備的換熱效率,進(jìn)而滿(mǎn)足各個(gè)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷提高的換熱要求已經(jīng)成為當(dāng)今傳熱學(xué)的研究重點(diǎn)之一。納米流體作為一種新型換熱工質(zhì),其高效的換熱特性已被越來(lái)越多的人所熟知,近年來(lái)經(jīng)過(guò)不斷完善與發(fā)展,并憑借其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),納米流體作為新型傳熱冷卻介質(zhì)在傳熱領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,納米流體的流動(dòng)特性是影響其強(qiáng)化傳熱性能的重要因素,因此只有對(duì)納米流體的流動(dòng)特性進(jìn)行深入研究才會(huì)使換熱過(guò)程的研究更有意義。但是,以往的可視化實(shí)驗(yàn)無(wú)法定量揭示納米顆粒添加后對(duì)流動(dòng)特性改變,進(jìn)而強(qiáng)化動(dòng)量傳遞的程度。基于此,本文利用PIV技術(shù)對(duì)SiO_2-水納米流體的流動(dòng)特性進(jìn)行了定量化實(shí)驗(yàn)研究。為驗(yàn)證PIV技術(shù)的測(cè)量效果,本文使用大渦模擬的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)三種不同雷諾數(shù)下的去離子水通過(guò)臺(tái)階流后的流場(chǎng)形貌進(jìn)行了數(shù)值模擬,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:在流場(chǎng)速度分布以及旋渦個(gè)數(shù)上,模擬結(jié)果與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果均吻合良好,有效證明了在流場(chǎng)中加入少量示蹤粒子并不會(huì)對(duì)流場(chǎng)的流動(dòng)特性造成較大干擾,進(jìn)而說(shuō)明本次實(shí)驗(yàn)方案具有一定的可行性。在驗(yàn)證PIV定量化實(shí)驗(yàn)研究效果基礎(chǔ)上,分別以去離子水以及不同體積分?jǐn)?shù)的SiO_2-水納米流體為實(shí)驗(yàn)工質(zhì),以臺(tái)階流為實(shí)驗(yàn)段,通過(guò)PIV技術(shù),對(duì)低雷諾數(shù)下去離子水以及不同體積分?jǐn)?shù)下SiO_2-水納米流體通過(guò)臺(tái)階后的速度場(chǎng)、渦量場(chǎng)等進(jìn)行定量化實(shí)驗(yàn)分析,結(jié)果顯示在相同雷諾數(shù)下,納米流體流動(dòng)時(shí)的混亂程度明顯高于去離子水,并且隨著納米流體體積分?jǐn)?shù)的不斷增加,其流動(dòng)特性也不斷發(fā)生改變,擾動(dòng)更加劇烈,旋渦個(gè)數(shù)增多,渦量增大。當(dāng)Re=2300時(shí),體積分?jǐn)?shù)為3%的SiO_2-水納米流體相比于去離子水,旋渦個(gè)數(shù)由3個(gè)增加為5個(gè),渦量大小也提升了34.4%。進(jìn)一步提升流速后,對(duì)中高雷諾數(shù)下去離子水以及不同體積分?jǐn)?shù)下的SiO_2-水納米流體的流動(dòng)特性進(jìn)行了定量化實(shí)驗(yàn)分析,在分析速度場(chǎng)及渦量場(chǎng)的基礎(chǔ)上,增加了對(duì)流場(chǎng)脈動(dòng)速度以及湍動(dòng)能的定量化分析,使得分析結(jié)果更加深刻具體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)Re=5000時(shí),體積分?jǐn)?shù)為3%的SiO_2-水納米流體相比于去離子水,旋渦個(gè)數(shù)增加2~3個(gè),渦量大小提升了22.1%,湍動(dòng)能增長(zhǎng)了3.68倍。結(jié)果表明隨著流動(dòng)強(qiáng)度的進(jìn)一步提升,納米顆粒對(duì)基礎(chǔ)流體產(chǎn)生的擾動(dòng)得到更大強(qiáng)化,說(shuō)明顆粒對(duì)湍流流動(dòng)強(qiáng)化效果更明顯。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TK403

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2709075