高聚物基銅納米流體傳熱和流動特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著換熱技術不斷發(fā)展,人們對材料性能的要求越來越高。尋找一種傳熱性能好且能耗小的新型工質(zhì)勢在必行。納米流體因其良好的換熱特性、穩(wěn)定性、不易磨損與阻塞管路等優(yōu)勢,擁有廣泛的應用前景。在水溶液中加入高分子聚合物,可實現(xiàn)大大降低流動中的阻力損失,因其減阻優(yōu)勢而廣泛應用于流體輸配系統(tǒng)。高分子聚合物給溶液帶來減阻效應的同時,會相應降低溶液的傳熱特性,使得其在實際應用中依然存在一定局限性。因此能否將高聚物水溶液的湍流減阻效應與納米流體的強化換熱效應

2、相結合,形成新型的流動與換熱工質(zhì)—高聚物基納米流體,為實際工程應用提供參考價值。
　　本文主要研究納米流體和高聚物水溶液的傳熱和流動特性,并利用納米粒子高導熱特性解決高聚物水溶液傳熱降低的問題。運用Fluent6.2.3軟件對Cu納米流體、高聚物水溶液和高聚物基Cu納米流體的傳熱與流動特性進行數(shù)值模擬。通過計算分析得到:
　　強制對流條件下,在溶液中添加少量納米粒子可使傳熱顯著增強。但是,繼續(xù)添加納米粒子對其傳熱沒有明顯增強

3、效果,層流狀態(tài)下,納米粒子體積分數(shù)1％為最佳濃度;湍流狀態(tài)下,納米粒子體積分數(shù)為0.5%為傳熱最適宜濃度;雷諾數(shù)越大傳熱效果越好,而增大熱流密度對強化傳熱的影響不顯著;另外,采用DPM(Discrete phase model)離散相模型與單流體模型進行比較,同一雷諾數(shù)下,流體中力的作用對速度場有影響而對溫度場沒有。
　　在湍流狀態(tài)下的模擬結果顯示,與牛頓流體相比高聚物水溶液發(fā)生了減阻和傳熱降低的雙重效果,雷諾數(shù)越大減阻效果越好,

4、當雷諾數(shù)為20000時,減阻率為61.04%,傳熱降低率為45.88%;發(fā)生減阻的原因是高聚物水溶液流動中的總應力小于牛頓流體流動中的總應力和;且高聚物水溶液流動中的無量綱溫度與速度分布中緩沖層均有增厚現(xiàn)象,這也充分解釋了減阻與傳熱降低現(xiàn)象。
　　在分別對納米流體與高聚物水溶液傳熱與流動特性數(shù)值模擬基礎之上,進一步對高聚物基Cu納米流體進行了數(shù)值模擬計算。發(fā)現(xiàn)納米粒子的加入雖然使流動阻力略微增加,但一定程度上強化了傳熱效果;當增大