本文關(guān)鍵詞：MWCNT納米流體在封閉腔內(nèi)的自然對流傳熱特性研究

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【摘要】：20世紀(jì)90年代以來,碳納米管因其良好的導(dǎo)熱性,為研制高導(dǎo)熱性能的新型換熱工質(zhì)提供新的思路和途徑,引起國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。論文以多壁碳納米管(MWCNT)納米流體為研究對象,測試其熱物性參數(shù),通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究了納米流體在封閉腔內(nèi)的自然對流傳熱特性并進(jìn)行了理論分析。文中采用掃描電子顯微鏡(Hitachi SU-70)和激光粒度儀(LS-230 Coulter)觀測納米流體中的MWCNT形貌及粒徑分布,并分析納米流體的穩(wěn)定性。利用瞬態(tài)平面熱源法和旋轉(zhuǎn)法分別測量了MWCNT納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)和粘度,分析了流體溫度、MWCNT體積分?jǐn)?shù)以及靜置時(shí)間等因素對納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)和粘度等物性的影響,研究結(jié)果表明:導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大;隨著體積分?jǐn)?shù)的增加而增大;隨著靜置時(shí)間的增加而降低。粘度隨著溫度的升高降低;隨著體積分?jǐn)?shù)的增加而增大;隨著靜置時(shí)間的增加而增大�；赑ID自控原理開發(fā)了以Lab VIEW2012為軟件控制平臺(tái)的溫控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對自然對流傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控及數(shù)據(jù)保存等功能,搭建的測試系統(tǒng)能滿足MWCNT納米流體在瑞利數(shù)范圍為Ra=8.94×106~7.15×107的自然對流傳熱性能的實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:納米流體在封閉腔內(nèi)的自然對流換熱強(qiáng)度隨著加熱和冷卻兩壁面溫差的升高而增強(qiáng),但并沒有隨著MWCNT體積分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)。分析認(rèn)為由于MWCNT的添加導(dǎo)致納米流體粘度的提升幅度遠(yuǎn)大于導(dǎo)熱系數(shù)的提升幅度,這是造成納米流體對流換熱強(qiáng)度降低的主要原因。基于格子Boltzmann方法的基本思想,從介觀尺度分析MWCNT納米流體在封閉腔體內(nèi)的自然對流傳熱特性的影響因素。采用C語言編寫了LBM-TD2G9耦合雙分布函數(shù)模型的計(jì)算程序,數(shù)值求解了納米流體自然對流傳熱問題,并驗(yàn)證了數(shù)值解的準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果表明:向基液中添加MWCNT可以起到強(qiáng)化自然對流傳熱的作用,且MWCNT的體積分?jǐn)?shù)越大,自然對流傳熱效果越強(qiáng)。此外,封閉腔內(nèi)納米流體自然對流效應(yīng)的強(qiáng)弱由Ra數(shù)的大小決定,Ra數(shù)越大,自然對流效應(yīng)越強(qiáng);反之,腔體內(nèi)傳熱過程則主要依靠冷熱兩壁面之間的導(dǎo)熱。然而,該算法在高Ra數(shù)下的自然對流傳熱研究已不再適用,需考慮各方面的物理量變化。
【關(guān)鍵詞】：MWCNT納米流體 熱物性 自然對流 格子Boltzmann方法
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TK124
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• abstract8-15
• 1 緒論15-22
• 1.1 課題研究背景及意義15
• 1.2 碳納米管納米流體自然對流傳熱特性的研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 碳納米管及其性質(zhì)15-16
• 1.2.2 納米流體的制備16-17
• 1.2.3 納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的研究進(jìn)展17-18
• 1.2.4 納米流體粘度的研究進(jìn)展18-19
• 1.2.5 納米流體自然對流傳熱特性的研究進(jìn)展19-20
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容20-21
• 1.4 創(chuàng)新點(diǎn)21-22
• 2 MWCNT納米流體的熱物性測量22-38
• 2.1 MWCNT納米流體22-23
• 2.2 MWCNT納米流體的穩(wěn)定性23-26
• 2.3 MWCNT納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)測試實(shí)驗(yàn)26-31
• 2.3.1 液體導(dǎo)熱系數(shù)測量概述26
• 2.3.2 瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱系數(shù)測量26-28
• 2.3.3 MWCNT納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的測量結(jié)果28-31
• 2.4 MWCNT納米流體的粘度測試實(shí)驗(yàn)31-37
• 2.4.1 液體粘度測量概述31-32
• 2.4.2 旋轉(zhuǎn)法粘度測量32-34
• 2.4.3 納米流體粘度的測量結(jié)果34-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 3 自然對流傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立及實(shí)驗(yàn)研究38-58
• 3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)熱電偶的標(biāo)定39-42
• 3.3 矩形封閉腔體的設(shè)計(jì)42-44
• 3.4 實(shí)驗(yàn)加熱部分的溫控設(shè)計(jì)44-52
• 3.4.1 Lab VIEW簡介44
• 3.4.2 PID控制及參數(shù)整定44-45
• 3.4.3 PWM控制45-46
• 3.4.4 硬件設(shè)計(jì)46-49
• 3.4.5 軟件設(shè)計(jì)49-52
• 3.5 實(shí)驗(yàn)方法與步驟52-53
• 3.6 結(jié)果與分析53-57
• 3.6.1 Ra數(shù)和體積分?jǐn)?shù)對自然傳熱的影響55-57
• 3.6.2 機(jī)理分析與探討57
• 3.7 本章小結(jié)57-58
• 4 MWCNT納米流體自然對流傳熱特性的數(shù)值模擬58-72
• 4.1 格子Boltzmann方法簡述58-59
• 4.2 格子Boltzmann基本模型59-61
• 4.2.1 D2Q9模型59-60
• 4.2.2 D2G9模型60-61
• 4.3 MWCNT納米流體自然對流傳熱的數(shù)值模擬61-67
• 4.3.1 物理模型61-64
• 4.3.2 納米流體的熱格子Boltzmann模型64-66
• 4.3.3 TD2G9模型算法66-67
• 4.4 數(shù)值模擬結(jié)果與分析67-70
• 4.4.1 Ra數(shù)的影響68-70
• 4.4.2 Ra數(shù)和體積分?jǐn)?shù)對自然傳熱的影響70
• 4.5 本章小結(jié)70-72
• 5 全文總結(jié)及展望72-74
• 5.1 總結(jié)72-73
• 5.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 作者簡歷79

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