【摘 要】
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工业中,纳米流体作为新型管内换热工质受到广泛关注。但其团聚现象对流动和换热的影响并未有深入的研究。本文针对纳米流体在管内的团聚现象与传热特性进行详细研究,其主要分
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工业中,纳米流体作为新型管内换热工质受到广泛关注。但其团聚现象对流动和换热的影响并未有深入的研究。本文针对纳米流体在管内的团聚现象与传热特性进行详细研究,其主要分为三部分:纳米颗粒的碰撞概率以及凝并率的修正、纳米流体的团聚特性、纳米流体的传热特性。修正过程中集中考虑了纳米颗粒微观作用力对碰撞的影响。纳米颗粒凝并部分采用大涡模型和泰勒展开矩方法对三维水平圆管中水基铜纳米流体的运动和颗粒扩散及凝并过程进行了数值计算。研究结果显示:纳米流体流动过程中,由于布朗运动和湍流作用颗粒进行了扩散和凝并过程。颗粒发生凝并时,颗粒数密度随时间演变减小,同时平均粒径增加;颗粒的凝并过程受湍流强度、流动雷诺数、颗粒初始粒径影响;管道中湍流强度变化剧烈的位置,颗粒更容易凝并。随着流动雷诺数增加,湍流强度变化剧烈则凝并增强;颗粒初始粒径越小,布朗运动更强烈,则凝并过程增强。在强化换热研究中,对纳米流体分别使用了单相流体和DPM模型进行对比计算。研究结果显示:DPM模型比单相流体模型更能揭示微观粒子的传热特性与运动规律;涉及工况的水基铜纳米流体传热性能相比于基液至高可提升7.5倍。结合两方面结论可以总结出如下规律:可以适当增加纳米流体的雷诺数以及增大纳米颗粒初始粒径,以此可以有效抑制颗粒的凝并团聚并增强纳米流体的传热性能。
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