非牛頓流體在旋轉(zhuǎn)曲線管道內(nèi)的對(duì)流換熱研究.pdf

1、非牛頓流體是廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域的性質(zhì)不同于傳統(tǒng)牛頓流體的流體,而直線管道和旋轉(zhuǎn)曲線管道系統(tǒng)廣泛存在于實(shí)際化工工程的各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置中的流體輸運(yùn)管路系統(tǒng)、控制管路系統(tǒng)和管路冷卻系統(tǒng)中。非牛頓流體與管路系統(tǒng)相結(jié)合,那么管路系統(tǒng)中的流動(dòng)和換熱特性將會(huì)產(chǎn)生什么樣的變化,與牛頓流體相比有什么新的特性,是對(duì)管路系統(tǒng)地性能以及旋轉(zhuǎn)裝置的安全運(yùn)行有著重要影響的問(wèn)題,又是管道中研究甚少的且急需解決的課題。同時(shí),這個(gè)課題還可以應(yīng)用于生物流體力學(xué)：可以作為血

2、管血液流動(dòng)問(wèn)題的一個(gè)基礎(chǔ)性研究。因此本課題具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。 本文主要研究?jī)煞NOldroyd型本構(gòu)方程的流體(Oldroyd-B方程和Oldroyd 3常數(shù)方程)分別在旋轉(zhuǎn)平面彎管內(nèi)的對(duì)流換熱和在直管道內(nèi)的流動(dòng)。其中對(duì)于旋轉(zhuǎn)平面彎管內(nèi)Oldroyd-B流體的對(duì)流換熱問(wèn)題采用攝動(dòng)方法和Galerkin方法,而對(duì)于直管道內(nèi)Oldroyd 3常數(shù)流體的流動(dòng)問(wèn)題采用數(shù)值方法研究。在總結(jié)和分析了半個(gè)世紀(jì)以來(lái)有關(guān)非牛頓流體

3、管道流動(dòng)和換熱特性研究成果的基礎(chǔ)上,本文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處是：首次對(duì)旋轉(zhuǎn)彎曲管道內(nèi)Oldroyd-B流體充分發(fā)展流動(dòng)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和對(duì)流換熱特性以及直管道中Oldroyd 3常數(shù)流體充分發(fā)展的流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和數(shù)值模擬。詳細(xì)討論了各種無(wú)量綱參數(shù)對(duì)于軸向速度分布、二次流動(dòng)、溫度分布、軸法向應(yīng)力,摩擦系數(shù)和Nusselt數(shù)的影響,獲得了若干重要結(jié)果。 研究表明：在靜止曲線管道內(nèi)流動(dòng)中,充分發(fā)展的Oldroyd-B流體和牛頓流體有

4、著明顯的區(qū)別,主要表現(xiàn)在彈性力的作用。彈性力的加強(qiáng)會(huì)使得軸向速度分布、溫度分布和二次流結(jié)構(gòu)向外壁側(cè)移動(dòng),軸法向應(yīng)力變大,也會(huì)對(duì)摩擦系數(shù)和Nusselt產(chǎn)生影響。當(dāng)曲線管道旋轉(zhuǎn)時(shí),旋轉(zhuǎn)對(duì)于充分發(fā)展的Oldroyd-B流體也有著很大影響,正旋轉(zhuǎn)會(huì)使得管道摩擦系數(shù)變大,管道換熱效果增強(qiáng)；而負(fù)旋轉(zhuǎn)會(huì)使得二次流結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜,當(dāng)負(fù)旋轉(zhuǎn)到達(dá)一定程度時(shí),二次流結(jié)構(gòu)最復(fù)雜,摩擦系數(shù)最小,換熱效果最差。Oldroyd 3常數(shù)流體在直管內(nèi)的充分發(fā)展流動(dòng)由于第