不同截面管道內(nèi)非牛頓冪律流體的流動與傳熱研究.pdf

1、隨著我國城市化進(jìn)程的加快以及工業(yè)水平的不斷提高，與此同時也帶來了巨大的能源壓力。因此，能源的利用、開發(fā)與節(jié)約能耗要求勢必會不斷的提高，工業(yè)設(shè)備將更加趨于節(jié)能、耐用。在石油、煤炭和動力工程中，多數(shù)流體都具有非牛頓流體特性，同時非牛頓流體還普遍存在于自然界和實際生產(chǎn)過程中。非牛頓流體理論在各方面的應(yīng)用起到了非常重要的支撐作用，它涉及到眾多材料的流動本質(zhì)和流動特性。非牛頓流體的流動特性和能量傳輸機(jī)理是工業(yè)設(shè)備設(shè)計從業(yè)者所必須掌握的重要理論基礎(chǔ)

2、。對非牛頓冪律流體的流動與傳熱展開針對性研究對適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、降低能源消耗具有深遠(yuǎn)的意義，并在水利、化學(xué)、冶金、材料、能源、生物等工程領(lǐng)域具有非常大的實用價值和現(xiàn)實意義。
　　本文主要對不同截面管道內(nèi)的非牛頓冪律流體流動與傳熱問題進(jìn)行了一系列的研究。首先對非牛頓流體的數(shù)學(xué)模型和本文采用的物理模型進(jìn)行了簡單介紹，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對物理模型進(jìn)行劃分，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)驗證本文數(shù)值模擬方法的合理性。在基于理論分析的基礎(chǔ)上，針對不同冪律指數(shù)的非牛

3、頓流體在不同截面形狀管道內(nèi)的層流流動進(jìn)行了直接數(shù)值模擬研究。在探討速度場和溫度場分布的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了管截面形狀、冪律指數(shù)（n）、雷諾數(shù)（Re）、貝克利（Pe）數(shù)等多個參數(shù)對速度場、溫度場、速度（溫度）入口段長度、流動阻力以及對流換熱強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，速度（溫度）入口段長度、流體的流動阻力以及傳熱特性均與管截面形狀、冪律指數(shù)、雷諾數(shù)、貝克利數(shù)等參數(shù)具有一定的相關(guān)性。本文對非牛頓冪律流體流動與傳熱問題的數(shù)值分析過程中，將數(shù)值模擬結(jié)

4、果與前人的研究或經(jīng)典公式進(jìn)行了對比，在論證數(shù)值模擬方法正確性的同時，也驗證了結(jié)果的可靠性。
　　與此同時，本文對非牛頓冪律流體在流經(jīng)90°彎管時，流體的湍流局部阻力系數(shù)進(jìn)行了研究，主要分析了彎管的彎徑比、壁面粗糙度和雷諾數(shù)對局部阻力系數(shù)的影響；并對90°彎管中二次流的形成過程和影響因素進(jìn)行探究，闡述了不同角度截面位置的二次流形成情況，還分析了不同的迪恩數(shù)對牛頓流體和非牛頓冪律流體二次流形成過程的影響。研究結(jié)果顯示，迪恩數(shù)的大小對二