壁面熱源溫度隨時間周期性變化邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱廣泛存在于電子元器件冷卻、化學工程及太陽能應用等許多工程應用領域。由于諸如水和油等傳統(tǒng)液體的導熱性能較差,此類自然對流換熱過程的進一步強化受到了限制。已有研究表明,采用納米流體作為傳熱介質可以強化自然對流換熱。鑒于此類自然對流換熱過程在實際應用中的重要性及納米流體強化傳熱的潛在應用價值,本文對局部熱源溫度隨時間瞬態(tài)變化邊界條件下腔體內Cu-水納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對流進行了數(shù)值研究。本文研究具體內容及結論如下:(1)在腔體下壁面局部熱源溫度隨時間按正弦規(guī)律變化的條件下,對溫度邊界構型不同的兩種模型(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來表示)腔體中Cu-水納米流體的非穩(wěn)態(tài)自然對流進行了數(shù)值研究。研究分析了Ra數(shù)、局部熱壁面無量綱長度B和熱源溫度正弦變化無量綱振幅a對C1和C2模型腔體內Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱特性的影響。計算結果表明,C1和C2模型腔體內Cu-水納米流體自然對流換熱特性均與Ra數(shù)、B和a三個參數(shù)的取值大小有關。當其中兩個參數(shù)取值一定時,隨另一個參數(shù)取值增大,C1和C2模型腔體的局部熱壁面時均傳熱速率均增大,并且C1模型腔體內Cu-水納米流體自然對流換熱效果比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數(shù)φ、局部熱壁面無量綱位置D以及腔體高寬比AR對C1模型腔體內Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱的影響。通過對數(shù)值計算結果的分析得知:隨著φ的增大,封閉腔體內Cu-水納米流體的流動強度和換熱能力都呈增強趨勢。隨著D的增大,腔體內Cu-水納米流體的流動強度不斷增強,但腔體內Cu-水納米流體自然對流換熱速率的增強卻不明顯。隨著AR的不斷增大,腔體內Cu-水納米流體的流動強度增強。此外,封閉腔體內Cu-水納米流體自然對流傳熱速率隨腔體高寬比的變化趨勢與Ra數(shù)有關。(3)在考慮布朗運動的條件下,對腔體下壁面局部熱源溫度隨時間按正弦規(guī)律變化的傾斜方腔內Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱特性進行了數(shù)值研究。主要分析了在考慮布朗運動的條件下納米顆粒體積分數(shù)φ、Ra數(shù)以及腔體傾角γ對C1模型傾斜方腔內Cu-水納米流體非穩(wěn)態(tài)自然對流換熱的影響。數(shù)值計算結果表明,考慮布朗運動對Cu-水納米流體流動強度的影響與Ra數(shù)有關,當Ra數(shù)較大時,考慮布朗運動時腔體內Cu-水納米流體流動強度增強;當Ra數(shù)較小時,考慮布朗運動對Cu-水納米流體流動強度的影響不明顯�？紤]布朗運動時腔體內Cu-水納米流體自然對流換熱效果優(yōu)于不考慮布朗運動時,而且考慮布朗運動對腔體內Cu-水納米流體自然對流換熱效果的強化程度隨著Ra數(shù)的不斷增大而增強。腔體傾角對其腔體內Cu-水納米流體流動性能及換熱效果的影響與Ra數(shù)大小有關。當Ra數(shù)較小時,腔體傾角對其腔體內Cu-水納米流體流動性能及換熱效果的影響均不明顯,而當Ra數(shù)較大時,腔體傾斜角度的增大不利于腔體內Cu-水納米流體的流動性能及換熱效果。
【學位單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK124
【部分圖文】：

水自然對流換熱和封閉方腔內 Cu-水納米流體的穩(wěn)態(tài)自然對流換熱，將數(shù)值計算結果與相關文獻中所給出的數(shù)值進行比較，計算的相對誤差在 5%以內。最后在局部熱源溫度隨時間正弦變化條件下，對冷壁面和絕熱壁面位置不同的方腔內Cu-水納米流體自然對流換熱特性進行二維數(shù)值研究。重點分析了局部熱源無量綱長度 B、Ra 數(shù)以及溫度正弦變化的無量綱振幅 a 對溫度邊界構型不同腔體內 Cu-水納米流體自然對流換熱特性的影響。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，其中方腔的長度為 L(m)，局部熱源長度為 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)的研究內容中均取 d=L/2(m)。方腔內充滿 Cu-水納米流體，熱源的溫度 TH隨時間按正弦規(guī)律變化，冷壁面維持恒溫 TC，熱源的溫度時均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之間的相對關系如圖 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，這兩種溫度邊界構型的模型分別用 C1、C2 表示，在兩種溫度邊界構型 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。

水自然對流換熱和封閉方腔內 Cu-水納米流體的穩(wěn)態(tài)自然對流換熱，將數(shù)值計算結果與相關文獻中所給出的數(shù)值進行比較，計算的相對誤差在 5%以內。最后在局部熱源溫度隨時間正弦變化條件下，對冷壁面和絕熱壁面位置不同的方腔內Cu-水納米流體自然對流換熱特性進行二維數(shù)值研究。重點分析了局部熱源無量綱長度 B、Ra 數(shù)以及溫度正弦變化的無量綱振幅 a 對溫度邊界構型不同腔體內 Cu-水納米流體自然對流換熱特性的影響。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，其中方腔的長度為 L(m)，局部熱源長度為 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)的研究內容中均取 d=L/2(m)。方腔內充滿 Cu-水納米流體，熱源的溫度 TH隨時間按正弦規(guī)律變化，冷壁面維持恒溫 TC，熱源的溫度時均值HT 高于冷壁面 TC，TC和 TH之間的相對關系如圖 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，這兩種溫度邊界構型的模型分別用 C1、C2 表示，在兩種溫度邊界構型 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。

當進行到第 11 及以上個周期的模終模擬結果的影響，因此本文均選用第 11 個周期以上的研究目的和相應的條件，計算過程中0.05，B=0.2、0.5 和 0.8，D=0.5，Ra=103~106，體流動強度的一個重要參數(shù)，流函數(shù)是滿足連續(xù)數(shù)。此處引入無量綱流函數(shù) ψ 來分析封閉方腔內下：UY ，VX 面章節(jié)中都用 ψmax來表示腔體內 Cu-水納米流體后文均簡稱為最大流函數(shù)。a 對不同溫度邊界構型的方腔內 Cu-水納的影響局部熱源無量綱溫度 θH隨 τ 變化曲線，其中個周期內選定的 5 個無量綱時間點，其相互之
【參考文獻】

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

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本文編號：2851636