布朗運(yùn)動(dòng)影響下二維及三維方腔內(nèi)納米流體自然對(duì)流換熱數(shù)值研究.pdf

1、對(duì)于金屬或者非金屬的納米級(jí)顆粒與基液形成的懸浮液即納米流體，有關(guān)這種新型材料的研究已在理論與工程領(lǐng)域取得了令人矚目的進(jìn)展。納米流體流動(dòng)換熱的基礎(chǔ)研究得到了很好的發(fā)展與廣泛的重視。若考慮布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)納米流體流動(dòng)換熱的影響，雖然許多國內(nèi)外學(xué)者已研究了布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)納米流體流動(dòng)換熱影響的機(jī)制，但是還有很多值得深入探討的問題。本文即在這種條件下，采用數(shù)值模擬的研究方法，結(jié)合已提出的布朗運(yùn)動(dòng)影響下納米流體傳熱系數(shù)的計(jì)算模型，對(duì)封閉腔體內(nèi)納米流體的穩(wěn)態(tài)及

2、非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱進(jìn)行數(shù)值模擬研究，分別對(duì)不同Ra數(shù)和不同納米顆粒體積份額的納米流體的自然對(duì)流流動(dòng)換熱情況進(jìn)行相關(guān)研究和分析。
　　(1)在一側(cè)壁面溫度隨時(shí)間作正弦周期性變化，相對(duì)側(cè)壁面維持較低的恒溫的熱邊界條件下，分析充滿CuO-水納米流體的二維方腔內(nèi)非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱情況。研究不同Ra數(shù)、不同納米顆粒的體積份額φ對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)影響下非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱的影響。熱壁面溫度隨時(shí)間做周期性變化對(duì)封閉方腔內(nèi)的流體自然對(duì)流有著較大的影響，周期

3、內(nèi)方腔中流體流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)由弱變強(qiáng)的第二漩渦，并隨著熱壁面溫度的周期性變化而周期性出現(xiàn)和消失。冷熱壁面的幾何平均努賽爾數(shù)變化曲線呈現(xiàn)周期性正弦變化，與溫度邊界條件的變化曲線相類似。模擬結(jié)果顯示，布朗運(yùn)動(dòng)影響下Ra數(shù)、納米顆粒的體積份額φ這兩個(gè)變量的增大對(duì)納米流體自然對(duì)流換熱有增強(qiáng)作用。
　　(2)在一側(cè)豎直壁面溫度保持高溫，相對(duì)一側(cè)壁面維持穩(wěn)定的低溫的條件下，研究充滿CuO-水納米流體的二維方腔內(nèi)穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱情況，分析不同的Ra數(shù)

4、、不同納米顆粒的體積份額φ對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)影響下穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱的影響。模擬結(jié)果證明了隨著Ra數(shù)的增大，納米流體方腔內(nèi)的浮升力隨之增大，使得二維方腔內(nèi)的納米流體自然對(duì)流強(qiáng)度增強(qiáng);并且隨著納米顆粒體積份額φ的增加，納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)也隨之增大，方腔內(nèi)納米流體的流動(dòng)換熱強(qiáng)度也顯著增強(qiáng);這兩種變量的增加都明顯的增強(qiáng)了納米流體的自然對(duì)流換熱強(qiáng)度。
　　(3)對(duì)充滿Al2O3-水納米流體的三維腔體，在一側(cè)豎直壁面溫度較高，相對(duì)一側(cè)豎直壁面維持穩(wěn)定