發(fā)布時(shí)間：2020-10-22 13:04

　　 壁面熱源溫度隨時(shí)間周期性變化邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱廣泛存在于電子元器件冷卻、化學(xué)工程及太陽(yáng)能應(yīng)用等許多工程應(yīng)用領(lǐng)域。由于諸如水和油等傳統(tǒng)液體的導(dǎo)熱性能較差,此類(lèi)自然對(duì)流換熱過(guò)程的進(jìn)一步強(qiáng)化受到了限制。已有研究表明,采用納米流體作為傳熱介質(zhì)可以強(qiáng)化自然對(duì)流換熱。鑒于此類(lèi)自然對(duì)流換熱過(guò)程在實(shí)際應(yīng)用中的重要性及納米流體強(qiáng)化傳熱的潛在應(yīng)用價(jià)值,本文對(duì)局部熱源溫度隨時(shí)間瞬態(tài)變化邊界條件下腔體內(nèi)Cu-水納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流進(jìn)行了數(shù)值研究。本文研究具體內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)在腔體下壁面局部熱源溫度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的條件下,對(duì)溫度邊界構(gòu)型不同的兩種模型(冷壁面和絕熱壁面位置分布不同的兩種物理模型,用C1和C2來(lái)表示)腔體中Cu-水納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流進(jìn)行了數(shù)值研究。研究分析了Ra數(shù)、局部熱壁面無(wú)量綱長(zhǎng)度B和熱源溫度正弦變化無(wú)量綱振幅a對(duì)C1和C2模型腔體內(nèi)Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱特性的影響。計(jì)算結(jié)果表明,C1和C2模型腔體內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱特性均與Ra數(shù)、B和a三個(gè)參數(shù)的取值大小有關(guān)。當(dāng)其中兩個(gè)參數(shù)取值一定時(shí),隨另一個(gè)參數(shù)取值增大,C1和C2模型腔體的局部熱壁面時(shí)均傳熱速率均增大,并且C1模型腔體內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱效果比C2模型腔體更好。(2)在腔體下壁面局部熱源溫度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的條件下,數(shù)值模擬并分析了納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ、局部熱壁面無(wú)量綱位置D以及腔體高寬比AR對(duì)C1模型腔體內(nèi)Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱的影響。通過(guò)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的分析得知:隨著φ的增大,封閉腔體內(nèi)Cu-水納米流體的流動(dòng)強(qiáng)度和換熱能力都呈增強(qiáng)趨勢(shì)。隨著D的增大,腔體內(nèi)Cu-水納米流體的流動(dòng)強(qiáng)度不斷增強(qiáng),但腔體內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱速率的增強(qiáng)卻不明顯。隨著AR的不斷增大,腔體內(nèi)Cu-水納米流體的流動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng)。此外,封閉腔體內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流傳熱速率隨腔體高寬比的變化趨勢(shì)與Ra數(shù)有關(guān)。(3)在考慮布朗運(yùn)動(dòng)的條件下,對(duì)腔體下壁面局部熱源溫度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的傾斜方腔內(nèi)Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱特性進(jìn)行了數(shù)值研究。主要分析了在考慮布朗運(yùn)動(dòng)的條件下納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ、Ra數(shù)以及腔體傾角γ對(duì)C1模型傾斜方腔內(nèi)Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱的影響。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,考慮布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)Cu-水納米流體流動(dòng)強(qiáng)度的影響與Ra數(shù)有關(guān),當(dāng)Ra數(shù)較大時(shí),考慮布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)腔體內(nèi)Cu-水納米流體流動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng);當(dāng)Ra數(shù)較小時(shí),考慮布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)Cu-水納米流體流動(dòng)強(qiáng)度的影響不明顯�？紤]布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)腔體內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱效果優(yōu)于不考慮布朗運(yùn)動(dòng)時(shí),而且考慮布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)腔體內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱效果的強(qiáng)化程度隨著Ra數(shù)的不斷增大而增強(qiáng)。腔體傾角對(duì)其腔體內(nèi)Cu-水納米流體流動(dòng)性能及換熱效果的影響與Ra數(shù)大小有關(guān)。當(dāng)Ra數(shù)較小時(shí),腔體傾角對(duì)其腔體內(nèi)Cu-水納米流體流動(dòng)性能及換熱效果的影響均不明顯,而當(dāng)Ra數(shù)較大時(shí),腔體傾斜角度的增大不利于腔體內(nèi)Cu-水納米流體的流動(dòng)性能及換熱效果。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TK124
【部分圖文】：

水自然對(duì)流換熱和封閉方腔內(nèi) Cu-水納米流體的穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱，將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)中所給出的數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算的相對(duì)誤差在 5%以?xún)?nèi)。最后在局部熱源溫度隨時(shí)間正弦變化條件下，對(duì)冷壁面和絕熱壁面位置不同的方腔內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱特性進(jìn)行二維數(shù)值研究。重點(diǎn)分析了局部熱源無(wú)量綱長(zhǎng)度 B、Ra 數(shù)以及溫度正弦變化的無(wú)量綱振幅 a 對(duì)溫度邊界構(gòu)型不同腔體內(nèi) Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱特性的影響。2.1 物理模型和控制方程本章節(jié)研究的物理模型如圖 2.1 所示，其中方腔的長(zhǎng)度為 L(m)，局部熱源長(zhǎng)度為 b(m)，其中 b≤L，局部熱源中心距 y 軸的距離為 d(m)，在本章節(jié)的研究?jī)?nèi)容中均取 d=L/2(m)。方腔內(nèi)充滿(mǎn) Cu-水納米流體，熱源的溫度 TH隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，冷壁面維持恒溫 TC，熱源的溫度時(shí)均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之間的相對(duì)關(guān)系如圖 2.2 所示。冷壁面和絕熱壁面位置不同的兩種物理模型如圖 2.3 所示，這兩種溫度邊界構(gòu)型的模型分別用 C1、C2 表示，在兩種溫度邊界構(gòu)型 C1、C2 腔體中，局部熱源都位于腔體下壁面且其溫度均隨時(shí)間呈正弦變化，其各模型中絕熱壁面和冷壁面分布不同。純水和 Cu 納米顆粒的熱物性參數(shù)如表 2.1 所示。

水自然對(duì)流換熱和封閉方腔內(nèi) Cu-水納米流體的穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱，將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)中所給出的數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算的相對(duì)誤差在 5%以?xún)?nèi)。最后在局部熱源溫度隨時(shí)間正弦變化條件下，對(duì)冷壁面和絕熱壁面位置不同的方腔內(nèi)Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱特性進(jìn)行二維數(shù)值研究。重點(diǎn)分析了局部熱源無(wú)量綱長(zhǎng)度 B、Ra 數(shù)以及溫度正弦變化的無(wú)量綱振幅 a 對(duì)溫度邊界構(gòu)型不同腔體內(nèi) Cu-水納米流體自然對(duì)流換熱特性的影響。2.1 物理模型和控制方程本章節(jié)研究的物理模型如圖 2.1 所示，其中方腔的長(zhǎng)度為 L(m)，局部熱源長(zhǎng)度為 b(m)，其中 b≤L，局部熱源中心距 y 軸的距離為 d(m)，在本章節(jié)的研究?jī)?nèi)容中均取 d=L/2(m)。方腔內(nèi)充滿(mǎn) Cu-水納米流體，熱源的溫度 TH隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，冷壁面維持恒溫 TC，熱源的溫度時(shí)均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之間的相對(duì)關(guān)系如圖 2.2 所示。冷壁面和絕熱壁面位置不同的兩種物理模型如圖 2.3 所示，這兩種溫度邊界構(gòu)型的模型分別用 C1、C2 表示，在兩種溫度邊界構(gòu)型 C1、C2 腔體中，局部熱源都位于腔體下壁面且其溫度均隨時(shí)間呈正弦變化，其各模型中絕熱壁面和冷壁面分布不同。純水和 Cu 納米顆粒的熱物性參數(shù)如表 2.1 所示。

當(dāng)進(jìn)行到第 11 及以上個(gè)周期的模終模擬結(jié)果的影響，因此本文均選用第 11 個(gè)周期以上的研究目的和相應(yīng)的條件，計(jì)算過(guò)程中0.05，B=0.2、0.5 和 0.8，D=0.5，Ra=103~106，體流動(dòng)強(qiáng)度的一個(gè)重要參數(shù)，流函數(shù)是滿(mǎn)足連續(xù)數(shù)。此處引入無(wú)量綱流函數(shù) ψ 來(lái)分析封閉方腔內(nèi)下：UY ，VX 面章節(jié)中都用 ψmax來(lái)表示腔體內(nèi) Cu-水納米流體后文均簡(jiǎn)稱(chēng)為最大流函數(shù)。a 對(duì)不同溫度邊界構(gòu)型的方腔內(nèi) Cu-水納的影響局部熱源無(wú)量綱溫度 θH隨 τ 變化曲線(xiàn)，其中個(gè)周期內(nèi)選定的 5 個(gè)無(wú)量綱時(shí)間點(diǎn)，其相互之
【參考文獻(xiàn)】

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2 孟曦;侯海明;馬兵善;葛玉龍;殷結(jié)峰;;封閉腔內(nèi)納米流體自然對(duì)流換熱的數(shù)值模擬[J];制冷與空調(diào)(四川);2012年04期

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本文編號(hào)：2851636