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纳米流体强化传热特性的研究

作　者: 杨画春
导　师: 李庆领
学　校: 青岛科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 纳米流体强化传热导热系数对流换热数值模拟
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文通过实验研究和数值模拟的方法对纳米流体传热特性进行了研究。分别对石墨／水纳米流体和Fe₃O₄／水纳米流体的导热系数及ZrO₂／水纳米流体的粘度进行了测量，制备了ZrO₂／水纳米流体并做了稳定性分析，通过对对流换热性能测试系统的改进，测量了ZrO₂／水纳米流体的对流换热系数，结合对纳米流体传热与流动特性的数值研究分析了纳米流体强化传热的机理和特性。根据瞬态热线法测量了不同体积分数的石墨／水和Fe₃O₄／水纳米流体导热系数，测量结果表明：①在液体中添加纳米粒子显著增加了液体的导热系数，且纳米流体的导热系数随纳米粒子体积分数的增加而增大；②Fe₃O₄纳米流体导热系数增加率比石墨纳米流体大，纳米粒子物性也是影响纳米流体导热系数的重要因素；③实验结果远大于经典导热模型的计算结果。在对不同质量分数的ZrO₂／水纳米流体的粘度的测量中，发现了实际测量值比经典粘度公式计算得到的值偏大。测量了不同质量浓度的ZrO₂／水纳米流体雷诺数在3000～18000的管内对流换热系数，实验结果表明，添加纳米粒子提高了流体的对流换热系数，流体的对流换热系数随纳米粒子质量分数的增加而增加。将管内不同位置纳米流体对流换热系数的实验值与两相流混合模型计算的结果进行了比较，分析了纳米流体强化对流换热的机理，认为纳米流体流动时除了纳米流体本身导热系数、粘度及颗粒浓度等因素影响对流换热系数以外，热扩散、颗粒重力及雷诺数也是影响对流换热系数变化的重要因素。对纳米流体在水平圆管中的强制对流换热系数测定的实验装置进行了改进，首次提出采用耐火土为原料，较好地解决了实验装置中铜管与电阻丝之间热阻较大的问题，提高了实验结果的准确性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
1 绪论  10-19
  1.1 纳米流体概述  10-11
  1.2 国内外研究状况  11-17
    1.2.1 纳米流体强化导热理论研究  11-13
    1.2.2 纳米流体强化对流换热特性理论研究  13-15
    1.2.3 纳米流体强化传热实验研究  15-17
  1.3 本文主要研究内容  17-19
2 纳米流体导热系数实验测量  19-32
  2.1 纳米流体导热系数实验测定  19-26
    2.1.1 瞬态热线法  19-20
    2.1.2 实验装置  20-22
    2.1.3 实验装置误差分析  22-23
    2.1.4 实验结果与分析  23-26
  2.2 纳米流体强化导热机理分析  26-31
    2.2.1 尺寸效应的影响  26-27
    2.2.2 颗粒表面吸附的影响  27
    2.2.3 布朗运动的影响  27-28
    2.2.4 固液界面液膜层内分子规则排列的影响  28-30
    2.2.5 颗粒聚集的影响  30-31
  2.3 本章小结  31-32
3 ZrO_2/水纳米流体的制备  32-36
  3.1 ZrO_2纳米粉体的制备  32-33
  3.2 ZrO_2/水纳米流体的制备  33-34
  3.3 ZrO_2/水纳米流体稳定性分析  34-36
4 纳米流体粘度实验测量  36-41
  4.1 ZrO_2/水纳米流体粘度实验测量  36-39
    4.1.1 实验测量设备  36-37
    4.1.2 实验结果与分析  37-39
  4.2 纳米流体粘度增大的影响因素分析  39
  4.3 本章小结  39-41
5 ZrO_2/水纳米流体的对流换热性能实验研究  41-51
  5.1 实验原理  41-42
  5.2 实验装置  42-43
  5.3 实验装置改进  43-44
    5.3.1 热电偶固定方式改进  43-44
    5.3.2 电阻丝与铜管之间绝缘方式的改进  44
  5.4 实验基本参数测量及计算  44-45
  5.5 实验系统不确定性分析  45-47
  5.6 实验结果及分析  47-50
    5.6.1 实验结果  47-49
    5.6.2 实验结果分析  49-50
  5.7 本章小结  50-51
6 纳米流体对流换热数值模拟  51-68
  6.1 数学模型的建立  51-56
    6.1.1 混合模型  51-53
    6.1.2 初始条件和边界条件  53-54
    6.1.3 参数设定  54-56
  6.2 FLUENT数值模拟过程  56-67
    6.2.1 求解步骤  57
    6.2.2 网格生成  57-58
    6.2.3 模拟结果  58
    6.2.4 结果分析  58-66
    6.2.5 纳米流体对流换热系数的影响因素分析  66-67
  6.3 本章小结  67-68
总结与展望  68-70
参考文献  70-76
附录  76-78
致谢  78-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-81

纳米流体强化传热特性的研究

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