封閉腔體內(nèi)Al2O3-水納米流體自然對(duì)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(chē)輛散熱，在載人航天器中改善換熱效率，進(jìn)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(guò)程、制冷空調(diào)、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算模型時(shí)Al2O3-水納米流體的自然對(duì)流換熱特性，主要分析納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ及Ra數(shù)對(duì)采用不同粘度模型時(shí)納米流體自然對(duì)流換熱的影響，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析可知：添加納米顆粒時(shí)，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(dāng)Ra=103，對(duì)于分別采用四種粘度模型的納米流體，當(dāng)φ增大時(shí)，熱壁面平均Nu數(shù)均增加。當(dāng)Ra數(shù)較大時(shí)，對(duì)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(duì)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(shí)，增大Ra數(shù)時(shí)，納米流體換熱強(qiáng)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(duì)Al2O3-水納米流體自然對(duì)流換熱的影響，主要分析納米顆粒形狀、納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ及 Ra數(shù)對(duì)納米流體自然對(duì)流換熱的影響，通過(guò)對(duì)計(jì)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(shí)粘度提高的程度遠(yuǎn)大于導(dǎo)熱系數(shù)增大的幅度，自然對(duì)流換熱阻力增加，減弱了自然對(duì)流換熱強(qiáng)度；在水中添加球形納米顆粒時(shí)，隨著φ的增大納米流體流動(dòng)程度以及對(duì)流換熱強(qiáng)度均增強(qiáng)。當(dāng)Ra=103時(shí)，當(dāng)φ增加時(shí)，熱壁面平均Nu數(shù)均增加。當(dāng)Ra數(shù)較大時(shí)，添加棒狀納米顆粒時(shí)，熱壁面平均Nu數(shù)減小，添加球形納米顆粒時(shí)，熱壁面平均Nu數(shù)增大。對(duì)于兩種納米顆粒形狀不同的納米流體，當(dāng)Ra數(shù)增加時(shí)，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(duì)流換熱特性，主要分析納米顆粒體積分?jǐn)?shù)φ、熱源位置以及熱源尺寸對(duì)納米流體自然對(duì)流換熱的影響,通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析可知：當(dāng)φ增大時(shí)，腔體內(nèi)納米流體流動(dòng)強(qiáng)度減弱，納米流體自然對(duì)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(wú)量綱距離D=0.2時(shí)，熱壁面平均 Nu數(shù)較大，當(dāng)熱源向右