封閉腔體內(nèi)Al2O3-水納米流體自然對流換熱特性數(shù)值研究.pdf

1、納米流體作為一種新型的換熱工質(zhì)，具有較好的應(yīng)用前景。如車輛散熱，在載人航天器中改善換熱效率，進而研制小尺寸、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的液體熱控制回路系統(tǒng)。還可用于核能系統(tǒng)、化工過程、制冷空調(diào)、生物醫(yī)學(xué)等多個不同的領(lǐng)域。由于納米流體在傳熱中具有巨大的應(yīng)?用前景，因此對納米流體的研究是非常必要的。本文利用數(shù)值模擬方法研究分析二維以及三維腔體內(nèi)Al2O3-水納米流體的自然對流換熱性能，內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　(1)三維腔體內(nèi)左側(cè)壁面保持恒定較高溫

2、度，右側(cè)壁面保持恒定較低溫度，其余壁面均絕熱，用數(shù)值模擬方法研究方腔內(nèi)采用不同粘度系數(shù)計算模型時Al2O3-水納米流體的自然對流換熱特性，主要分析納米顆粒體積分數(shù)φ及Ra數(shù)對采用不同粘度模型時納米流體自然對流換熱的影響，通過對計算結(jié)果的分析可知：添加納米顆粒時，熱壁面平均Nu數(shù)的變化因采用粘度模型的不同而存在差異，當Ra=103，對于分別采用四種粘度模型的納米流體，當φ增大時，熱壁面平均Nu數(shù)均增加。當Ra數(shù)較大時，對于采用粘度模型Ⅰ的

3、納米流體，熱壁面平均Nu數(shù)隨著φ的增加而增大，對于采用粘度模型Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的納米流體，熱壁面平均Nu數(shù)隨著φ的增加而減小。同時，增大Ra數(shù)時，納米流體換熱強度提高
　　(2)三維腔體內(nèi)左側(cè)壁面保持恒定較高溫度，右側(cè)壁面保持恒定較低溫度，其余壁面均絕熱，用數(shù)值模擬方法分析納米顆粒形狀對Al2O3-水納米流體自然對流換熱的影響，主要分析納米顆粒形狀、納米顆粒體積分數(shù)φ及 Ra數(shù)對納米流體自然對流換熱的影響，通過對計算結(jié)果的分析可知，在水

4、中添加Al2O3棒狀納米顆粒，能夠提高導(dǎo)熱系數(shù)，同時粘度提高的程度遠大于導(dǎo)熱系數(shù)增大的幅度，自然對流換熱阻力增加，減弱了自然對流換熱強度；在水中添加球形納米顆粒時，隨著φ的增大納米流體流動程度以及對流換熱強度均增強。當Ra=103時，當φ增加時，熱壁面平均Nu數(shù)均增加。當Ra數(shù)較大時，添加棒狀納米顆粒時，熱壁面平均Nu數(shù)減小，添加球形納米顆粒時，熱壁面平均Nu數(shù)增大。對于兩種納米顆粒形狀不同的納米流體，當Ra數(shù)增加時，納米流體換熱效率提

5、高。
　　(3)二維方腔底部壁面保持局部恒熱流，左側(cè)壁面以及頂部壁面保持較低恒定溫度，其余壁面均絕熱，用數(shù)值模擬方法分析方腔內(nèi)Al2O3-水納米流體的自然對流換熱特性，主要分析納米顆粒體積分數(shù)φ、熱源位置以及熱源尺寸對納米流體自然對流換熱的影響,通過對計算結(jié)果的分析可知：當φ增大時，腔體內(nèi)納米流體流動強度減弱，納米流體自然對流換熱效率下降；熱源處于底部壁面左側(cè)與冷壁面之間的無量綱距離D=0.2時，熱壁面平均 Nu數(shù)較大，當熱源向右