变物性纳米流体传热传质机理研究

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纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中,制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质,这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性研究。本文分别对纳米流体自然对流传热与纳米流体强迫对流的传热机理进行了研究。在处理偏微分守恒方程组时,本文采用了一种新的相似方法,不仅使方程组的求解更加简便,二维速度场的研究更加直观,还使变物性参数的研究更为方便。本文取得的主要成果如下:(1)本文基于Buongiorno的模型,在合理的假设条件下建立了平板纳米流体自然对流与强迫对流的模型。并分别考虑了常物性与变物性两种情况。(2)应用新方法对模型简化并求解。结果显示:对于纳米流体自然对流传热,提高主流温度会使速度及温度升高,并使速度的最大值位置远离平板。当考虑变物性参数时,壁面温度升高会使速度增大且最大值处靠近平板,同时会使温度降低。对于纳米流体强迫对流传热,物性参数作为常数处理时,速度值与普朗特数的变化无关,温度梯度会随普朗特数的升高而明显增大。当考虑变物性参数时,主流温度升高会使速度梯度以及温度梯度减小,壁面温度升高则会使速度梯度以及温度梯度增大。(3)对计算结果进行函数拟合,得到纳米流体对流换热的传热量以及平均努赛尔数的计算公式以及强迫对流的表面摩擦系数的计算公式。纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景,对于提高热交换系统的经济性、可靠性和小型化具有重要意义。在众多传热方式中,对流传热无论在生活中还是生产中都较为常见。对纳米流体在边界层中的对流现象进行理论研究对实际生产具有一定指导作用。
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