高聚物基銅納米流體傳熱和流動(dòng)特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著換熱技術(shù)不斷發(fā)展,人們對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高。尋找一種傳熱性能好且能耗小的新型工質(zhì)勢(shì)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(shì),擁有廣泛的應(yīng)用前景。在水溶液中加入高分子聚合物,可實(shí)現(xiàn)大大降低流動(dòng)中的阻力損失,因其減阻優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于流體輸配系統(tǒng)。高分子聚合物給溶液帶來(lái)減阻效應(yīng)的同時(shí),會(huì)相應(yīng)降低溶液的傳熱特性,使得其在實(shí)際應(yīng)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(yīng)與納米流體的強(qiáng)化換熱效應(yīng)

2、相結(jié)合,形成新型的流動(dòng)與換熱工質(zhì)—高聚物基納米流體,為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考價(jià)值。
　　本文主要研究納米流體和高聚物水溶液的傳熱和流動(dòng)特性,并利用納米粒子高導(dǎo)熱特性解決高聚物水溶液傳熱降低的問(wèn)題。運(yùn)用Fluent6.2.3軟件對(duì)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(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)計(jì)算分析得到:
　　強(qiáng)制對(duì)流條件下,在溶液中添加少量納米粒子可使傳熱顯著增強(qiáng)。但是,繼續(xù)添加納米粒子對(duì)其傳熱沒(méi)有明顯增強(qiáng)

3、效果,層流狀態(tài)下,納米粒子體積分?jǐn)?shù)1％為最佳濃度;湍流狀態(tài)下,納米粒子體積分?jǐn)?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(duì)強(qiáng)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(jìn)行比較,同一雷諾數(shù)下,流體中力的作用對(duì)速度場(chǎng)有影響而對(duì)溫度場(chǎng)沒(méi)有。
　　在湍流狀態(tài)下的模擬結(jié)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(dāng)雷諾數(shù)為20000時(shí),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(dòng)中的總應(yīng)力小于牛頓流體流動(dòng)中的總應(yīng)力和;且高聚物水溶液流動(dòng)中的無(wú)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(duì)納米流體與高聚物水溶液傳熱與流動(dòng)特性數(shù)值模擬基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步對(duì)高聚物基Cu納米流體進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。發(fā)現(xiàn)納米粒子的加入雖然使流動(dòng)阻力略微增加,但一定程度上強(qiáng)化了傳熱效果;當(dāng)增大