基于LBM的多孔介質(zhì)內(nèi)納米流體相變過程的傳熱機(jī)理分析.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品設(shè)備尤其是電廠鍋爐、冶金能源設(shè)備如高爐煉鐵的水冷壁等對(duì)換熱特性要求越來越高，對(duì)換熱能力優(yōu)異的換熱設(shè)備的需求越來越明顯。而相變換熱作為一種相對(duì)有效的換熱方式，在換熱設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛。熱管換熱性能優(yōu)異，其通過內(nèi)部工質(zhì)相變帶走熱量，因此工質(zhì)對(duì)熱管換熱性能起主導(dǎo)作用。而對(duì)熱管的研究一般分為兩個(gè)方面：一方面是針對(duì)管內(nèi)的換熱工質(zhì)即本課題的納米流體；另一方面則以研究吸液芯即管內(nèi)多孔介質(zhì)為主。納米流體的粘性系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、

2、熱擴(kuò)散系數(shù)和對(duì)流換熱系數(shù)相對(duì)于純基液均有顯著增加，這些特性使得納米流體成為新型相變換熱工質(zhì)。多孔介質(zhì)密度小、孔隙率高、比表面積大，具有很多優(yōu)異的特性，因此研究多孔介質(zhì)內(nèi)納米流體的流動(dòng)相變換熱機(jī)理具有了重要的意義。本文針對(duì)多孔介質(zhì)及納米流體進(jìn)行了數(shù)值模擬，采用從介觀角度出發(fā)的格子Boltzmann方法(LBM)，對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)納米流體流動(dòng)過程的不同階段的換熱過程進(jìn)行模擬分析，探究其流動(dòng)換熱機(jī)理。本文主要研究工作如下：
　　(1)采用G

3、uo等提出的耦合的雙分布格子Boltzmann模型，選用水及空氣作為參照，模擬部分填充多孔介質(zhì)的二維方腔內(nèi)不同納米流體自然對(duì)流換熱的速度場與溫度場，考察多孔介質(zhì)孔隙率和無量綱厚度D以及不同的瑞利數(shù)Ra和達(dá)西數(shù)Da和不同的濃度對(duì)換熱的影響規(guī)律。表明不同的Ra和分別存在一個(gè)臨界瑞利數(shù)，且當(dāng)Ra不同的時(shí)候，換熱效果會(huì)呈現(xiàn)相反的趨勢。多孔介質(zhì)層的厚度非常薄或非常厚時(shí)，傳熱強(qiáng)度對(duì)厚度變化較為敏感。同時(shí)Da和對(duì)自然對(duì)流換熱影響也比較大。
　　

4、(2)基于LI提出的納米粒子模型，并結(jié)合Zeng的偽勢模型，構(gòu)造一個(gè)管內(nèi)納米流體中氣泡流動(dòng)沸騰的格子Boltzmann模型，選擇體積濃度為3％的Al2O3-水基納米流體流動(dòng)沸騰過程中氣核的生長、融合聚并及脫離過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析?？疾炝瞬煌瑲馀蓍g距及不同橫向加速度a對(duì)氣泡生長過程及管內(nèi)換熱效果的影響。表明氣泡間距的減小和橫向加速的增加均可以強(qiáng)化換熱效果。
　　(3)通過隨機(jī)配置的方法構(gòu)造一種符合多孔介質(zhì)吸液芯結(jié)構(gòu)的二維部分填充多孔