粘彈性流體基納米流體湍流對流換熱直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、納米流體具有強(qiáng)化換熱的性能同時增加了流動阻力,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)勢結(jié)合,希望得到具有減阻效果同時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,對這種流體進(jìn)行了直接數(shù)值模擬研究。
　　對牛頓流體基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)域中的湍流速度場和溫度場進(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模型實現(xiàn)。假設(shè)溫度為被動標(biāo)量,對速度場無影響,納米流體的物性參數(shù)采用Al2O3納米流體的經(jīng)驗和實驗擬合計算式。N-S方程、Giesekus本構(gòu)方程和能量方程中,除了壓力項以外,其他項時間上的差分均采用二階精度Adams-Bashforth格式。壓力項采用求解泊松方程完成推進(jìn)時間上的推進(jìn);動量方程、能量方程和Giesekus本構(gòu)方程的對流項和擴(kuò)散項在空間離散采用二階精度的有限差分方法;為了避免壓力場的跳躍,采用交錯網(wǎng)格,壓力、

3、溫度和變形率的值儲存在控制容積的中心,速度值儲存位置與它們有半個網(wǎng)格的距離。
　　計算得到兩類納米流體的速度場和溫度場分布,均與實驗結(jié)果和經(jīng)驗公式符合,說明了本文結(jié)果的正確性。針對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,同時具有一定的減阻率;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分配情況。模擬結(jié)果表明,粘彈性流體基納米流體具有減