混合比例对复合纳米流体在微通道内的流动换热特性影响研究

采用两步法制备了不同混合比例的水基Al_2O_3和TiO_2纳米流体,总体积浓度均为0.2%,用热物性分析仪(HotDisk 2500S)测试了其导热系数。将制备好的复合纳米流体应用于硅基微通道热沉内研究了其流动换热特性。微通道水力直径为104.35μm,流道形状分别分为直线型和折线型。研究发现不同混合比例的纳米流体换热效果均强于去离子水。在Re=305时,相较于去离子水,混合比例为1:1的Al_2O_3-TiO_2复合纳米流体在折线型微通道内对流换热系数增加了9.0%。     

不同纳米流体在微通道内的流动传热特性研究

采用数值模拟的方法研究了不同工质在微通道内流动传热特性的差异。对比了去离子水、纳米流体Al₂O₃/Water、CuO/Water、TiO₂/Water、Cu/Water等工质在微通道内的流动传热特性,并研究了纳米颗粒的浓度对流动换热特性的影响。结果表明：CuO/Water作为冷却工质时的对流换热系数比水增加了9.6%,微通道底面平均温度降低了2.6 K,换热性能明显优于其他几种纳米流体。由于纳米颗粒的加入,纳米流体的粘度比水大,进出口的压降比水大。纳米颗粒的体积分数越大,对流换热系数越大,纳米流体在微通道内的换热性能越好。     

封闭腔内纳米流体强化自然对流换热的数值模拟

采用F luen软件对封闭腔内Cu-H2O纳米流体强化自然对流换热进行了数值模拟,重点分析Cu纳米粒子添加量和Gr数对换热性能的影响,并解释其换热机理。研究结果表明:在水基液中加入Cu纳米粒子可以显著提高基液的自然对流换热特性。对于一给定的Gr数,随着纳米粒子质量分数的增加,纳米流体的速度组成部分增加,纳米流体质量分数越大,x方向和y方向的速度峰越大,因此加速了流体中能量传输。另一方面,随着Gr数的增加,流线图中旋涡逐渐变大,流线间强度增加,说明换热效果逐渐增强。当Gr数较小时,传热主要是由热壁和冷壁之间的热传导引起的,随着Gr数的增大,换热逐渐变为由对流换热占主导地位。     

利用格子Boltzmann方法模拟矩形腔内纳米流体Raleigh-Benard对流

利用格 子 Boltzmann方法模拟矩形腔内纳米流体Rayleigh-Benard对流, 得到温度场和流线分布, 比较分析不同Ra数、体积分数、粒径下纳米流体对流换热的变化情况. 结果表明: 在相同的Ra 数和体积分数下, 纳米流体的对流换热随着粒径的增大而减弱; 在相同的Ra数和粒径下, 纳米流体的对流换热随着体积分数增大而增强. 关键词： 纳米流体 Raleigh-Benard 多相流 格子Boltzmann方法     

小通道扁管内纳米流体流动与传热特性

建立了测量小通道扁管内纳米流体流动与对流换热性能的实验系统,测量了不同粒子体积份额的水-Cu纳米 流体的管内对流换热系数和摩擦阻力系数,实验结果表明,在相同雷诺数条件下,小通道扁管内纳米流体的对流换热系数 大于纯液体,且随粒子的体积份额的增加而增大,而纳米流体的阻力系数并未明显增大。     

格子Boltzmann方法模拟填充纳米流体三角形腔内的自然对流

采用格子Boltzmann方法研究填充水-氧化铝纳米流体的等腰直角三角形腔体中的自然对流。讨论瑞利数、颗粒体积分数、热源位置等因素对对流换热的影响,以及不同纳米流体模型对模拟结果的影响。结果表明：在低瑞利数下,随着热源在左壁面向上移动,换热效率逐渐增加。而在高瑞利数（Ra=10⁶）时,观察到相反的现象;采用单相纳米流体模型,模拟表明热壁面平均努塞尔数比率随着体积分数的增加近似线性增加。采用改进的纳米流体模型,结果显示平均努塞尔数比率随着体积分数的增加而增大,但是平均努塞尔数比率的变化斜率逐渐减小。改进模型模拟的换热效率比单相模型高,这是因为改进模型考虑了粒子间作用力及换热,更符合实际情况。     

微细管碳纳米管悬浮液强制对流换热实验研究

测量了水平微细圆管内蒸馏水和不同质量浓度的水基多壁碳纳米管纳米流体在低雷诺数下的强制对流换热特性。实验结果表明,与蒸馏水相比,纳米流体的对流换热系数显著提高,且随质量浓度和管内雷诺数的增大而增大;并且研究了流体管内流动阻力特性,得到的泊肃叶数f·Re值随着雷诺数的变化不明显,但纳米流体的f·Re值要明显小于纯水。     

纳米流体对流换热的实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数的实验系统,测量了不同粒子体积份额的水-Cu纳米流体在层流与湍流状态下的管内对流换热系数,实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,粒子的体积份额是影响纳米流体对流换热系数的因素之一。综合考虑影响纳米流体对流换热的多种因素,提出了计算纳米流体对流换热系数的关联式。     

微翅片扁管中纳米流体的流动换热特性研究

本文对SiC-水纳米流体在3种多孔平行流矩形通道扁管中的流动与换热特性进行了实验研究。第一种扁管是光滑管,另外两种是带有不同间距的微翅片结构的管道。纳米流体的体积分数为0.005%、0.01%和0.1%,Re范围为150～5300。实验结果表明:微翅片结构对纳米流体的流动特性没有明显的影响;微翅片肋片间距对纳米流体的换热特性有一定的影响。微翅片的存在引起纳米流体在微翅片管段的强化程度低于光滑管道。最后,利用性能评价标准对纳米流体的综合性能进行了评定,表明在光滑管中Re≈5100时,0.01%的纳米流体的PEC达到最大值为1.68。     

布朗运动影响下方腔内纳米流体非稳态自然对流的数值研究

对方腔一侧壁面温度随时间按正弦规律变化、充满CuO-水纳米流体的二维方腔内的非稳态自然对流换热进行了数值研究。在相关参数一定的条件下,研究了Ra数、纳米颗粒体积份额φ和纳米颗粒布朗运动对自然对流换热特性的影响。数值模拟结果表明:考虑布朗运动时壁面时均Nu数均大于不考虑布朗运动时的相应值;不考虑布朗运动时,时均Nu数均随φ的增大而增大;而考虑布朗运动时,当Ra数较小时,时均Nu数均随φ的增大而增大,而Ra数较大时,存在有最佳的φ值,可使时均Nu数达到最大值。     

纳米流体微通道流动换热数值模拟研究

采用计算流体动力学方法,对两种不同浓度的水-Al2O3纳米流体以及五种不同高宽比的微通道热沉的流动换热特性开展了数值模拟研究.结果 表明,提高纳米颗粒体积分数可降低流固换热面的平均温度,从而提升纳米流体的换热能力,但同时也会显著提升系统的泵功率;通过改变微通道高宽比可有效提升热沉的换热能力,增大高宽比能够有效降低热沉受热面平均温度,且不会使得流动阻力损失显著增加;在所研究的参数范围内,微通道热沉高宽比存在最优值,当高宽比超过30时,换热系数不随高宽比增加而进一步提高.     

黏弹性流体基铜纳米流体流动与传热实验研究

成功建立了流体流动阻力和换热性能测试实验台,在45℃的流体温度下,对不同铜粒子体积分数和基液浓度的纳米流体在湍流状态下的对流换热特性和流动阻力进行了实验测量。实验结果表明:黏弹性流体基液中添加纳米粒子后,在降低对应基液减阻率的同时能明显增强传热性能.例如,将1.0%体积分数的铜纳米粒子添加到质量分数为6×10~(-4)的基液中所形成的黏弹性流体基纳米流体其综合性能指数K=0.47,表现了很好的传热强化和减阻性能.     

纳米流体对流换热系数增大机理

纳米流体流动换热能力优于传统流体介质.研究了纳米流体热物性的提升和热散射对其对流换热系数的影响.结果表明,纳米颗粒的加入,优化了介质的热物性,增大了导热系数,强化了纳米流体内颗粒、流体以及流道管壁碰撞和相互作用,同时加强了流体的混合脉动和湍流,从而增大了对流换热系数. 关键词： 纳米流体 换热系数 热散射     

硅基内肋阵列微通道内的流动和换热特性

制作了四种带有圆柱形内肋阵列的硅基微通道,以去离子水为工质对其内部流动和换热特性进行了实验研究,并与平直微通道进行了对比,分析了内肋阵列微通道中流动阻力提升和强化换热的机理。研究表明;内肋阵列带来较大阻力的同时也极大地改善了换热;流体流经内肋阵列微通道时,其阻力在低Re数下主要来自壁面效应产生的摩擦阻力,高Re数下则受绕肋产生尾涡的影响较大;不同内肋布置方式对流体流动和换热影响显著,叉排布置比顺排布置的内肋阵列微通道具有更大的摩擦因子和换热系数,且增大垂直于流动方向内肋密度更有利于增强换热;内肋排列最为紧密的微通道#2综合换热性能最好,相同泵功下,其换热热阻相对于平直微通道降低了53.4%。     

ZrO2纳米流体的对流换热系数测定及机理浅析

建立了测量圆管内纳米流体流动与传热性能的实验系统,测量了不同粒子浓度的ZrO2/水纳米流体在雷诺数为3 000～18 000范围内的管内对流换热系数以及不同位置处纳米流体对流换热系数的变化情况.实验结果显示,在液体中添加纳米粒子显著增大了液体的管内对流换热系数,例如,在相同雷诺数时,与纯水相比,如果纳米粒子的质量浓度从1.6%增大到4.1%,则纳米流体的对流换热系数增加的比例从1.09增大到1.2.此外,从颗粒的浓度、粒径两方面分析纳米流体强化传热的机理.     

锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟

以带钢连续热镀锌生产工艺为背景,对抽象出的低Pr数流体混合对流流动和换热模型进行了数值模拟,给出了在不同Re、Ra及Ri时的流场和温度场.数值结果表明,当Re、Ra都不等于0时,在所考虑的参数范围内,流动和换热受自然对流和强制对流两种机理控制.Re不变,增大Ri,自然对流作用加强,并且当Ri增加到一定值时,流动和换热发生振荡.所给出的速度相图显示,对应不同的Re、Ra及Ri,流动和换热会出现稳态解、周期性振荡解和混沌.     

小通道平行流扁管内纳米流体的流动换热特性研究

本文对TiO_2-水,Cu水和SiO_2-水3种纳米流体在一种多孔小通道平行流扁管中的单相流动换热特性进行了实验研究。该扁管矩形通道水力直径1.67 mm,整个实验过程Re变化范围97~6200。实验结果表明:纳米流体起到强化换热效果的同时,也伴随着阻力的增加。此外,纳米流体相对于基液,出现了转捩提前现象。Nu随体积浓度的增加,先增加后减小,使得每种纳米流体都存在一个最优浓度。0.01%的TiO_2-水纳米流体在Re=6200时,Nu增长最大,达到43%。最后,利用性能评价标准对纳米流体的适用性进行了综合评定,0.01%的TiO_2-水纳米流体具有最佳性能。     

微细通道纳米与非纳米流体传热和压降对比研究

分别以0.2%、0.5%、1%质量分数的Al2O3-H2O纳米流体和去离子水为实验工质,在高2mm,宽1mm的矩形微细通道内进行纳米流体与非纳米流体两相沸腾传热和压降对比研究。实验结果表明:增加质量通量对两种工质换热系数影响都较小,但增加热流密度可提高换热系数;在相同工况下,与水基液相比,采用Al2O3-H2O纳米流体换热系数明显增大,且随着纳米流体质量分数的增加而增加,对于该实验换热系数可提高8%～17%;随着纳米颗粒质量分数和质量通量的增加,两相摩擦压降显著增大。     

微通道内超临界二氧化碳的压降与传热特性

进行了微通道内超临界CO2的局部和平均传热与压降特性实验研究。结果表明,临界点附近物性参数的剧烈变 化使压降增大,但传热被大大强化。同时也发现,系统压力、质量流速及CO2温度对流动与传热特性有重要影响。在大 量实验数据的基础上,得出了冷却条件下水平微通道内超临界CO2强制对流换热关联式。     

圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性研究

圆管内液态铅铋合金的强制对流换热特性研究对加速器驱动的次临界核能系统的发展具有重要意义。运用大涡模拟方法,对恒热流密度条件下三维圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性进行了数值计算,对比发现模拟结果和实验数据及关联式吻合良好。对比了不同入口速度条件下流场的速度和温度分布、传热Nu数、无量纲时均温度、无量纲均方根温度和湍流涡分布等,进一步分析了不同雷诺数对圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性的影响规律。在恒热流密度条件下,随着Re数的增加,液态铅铋合金的Nu数逐渐增大,圆管不同截面的温差逐渐减小,湍流涡分布增多,提高Re数能够增强液态铅铋合金的传热性能。