粘彈性流體基納米流體湍流對(duì)流換熱直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、納米流體具有強(qiáng)化換熱的性能同時(shí)增加了流動(dòng)阻力,而粘彈性流體具有減阻和惡化傳熱的效果,將減阻溶液與納米流體各自的優(yōu)勢(shì)結(jié)合,希望得到具有減阻效果同時(shí)具有一定換熱性能的新型流體,為了探究這種流體是否具有預(yù)想的性能,對(duì)這種流體進(jìn)行了直接數(shù)值模擬研究。
　　對(duì)牛頓流體基Al2O3納米流體和粘彈性流體基Al2O3納米流體在穩(wěn)定加熱的平板槽道區(qū)域中的湍流速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了直接數(shù)值模擬。假設(shè)流體為單相,粘彈性流體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和溶劑的相互作用采用Gi

2、esekus模型實(shí)現(xiàn)。假設(shè)溫度為被動(dòng)標(biāo)量,對(duì)速度場(chǎng)無(wú)影響,納米流體的物性參數(shù)采用Al2O3納米流體的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)擬合計(jì)算式。N-S方程、Giesekus本構(gòu)方程和能量方程中,除了壓力項(xiàng)以外,其他項(xiàng)時(shí)間上的差分均采用二階精度Adams-Bashforth格式。壓力項(xiàng)采用求解泊松方程完成推進(jìn)時(shí)間上的推進(jìn);動(dòng)量方程、能量方程和Giesekus本構(gòu)方程的對(duì)流項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)在空間離散采用二階精度的有限差分方法;為了避免壓力場(chǎng)的跳躍,采用交錯(cuò)網(wǎng)格,壓力、

3、溫度和變形率的值儲(chǔ)存在控制容積的中心,速度值儲(chǔ)存位置與它們有半個(gè)網(wǎng)格的距離。
　　計(jì)算得到兩類納米流體的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布,均與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)公式符合,說(shuō)明了本文結(jié)果的正確性。針對(duì)粘彈性流體基納米流體,得到了努謝爾數(shù)隨納米粒子體積分?jǐn)?shù)增加而增大的趨勢(shì),同時(shí)具有一定的減阻率;為了研究其強(qiáng)化換熱的微觀機(jī)理,分析了湍流脈動(dòng)強(qiáng)度、流向湍流熱流、壁面法向湍流熱流以及湍流熱流通量平衡方程的各項(xiàng)分配情況。模擬結(jié)果表明,粘彈性流體基納米流體具有減