SiO2-water纳米流体方腔自然对流流动与传热数值分析

摘要

纳米流体作为一种特殊的新流体，各国学者对其开展了大量的基础探索，结果表明其对提高流体换热有显著的影响。本文主要运用数值计算的方式对包含内部等温方柱的方腔中SiO2-water流体自然对流流动与换热特点进行探究，主要研究了在单相流模型和多相流混合模型下，方腔中SiO2-water纳米流体与传热的特性；并且研究了单相流模型下，方腔中纳米流体的总熵产和局部熵产的分布情况。
　　首先，本文研究了单相流模型下特定参数对方腔中SiO2-water纳米流体流动与传热的影响。相关特定参数分别为瑞利数（103，104，105，106），纳米颗粒体积分数(φ=0.01，0.02，0.03，0.04），内部方柱的温度（T=0，0.5，1，1.5)。通过研究发现，单相流模型下，改变内部方柱的温度均能改变方腔中SiO2-water纳米流体的流场与温度场。Ra=103时，热传导主导方腔内的换热，Ra=106时，对流传热主导换热；体积分数φ的大小增加，热壁面的Nuavg的大小呈增长趋势且φ的大小对流场与温度场没有明显的影响。
　　其次，本文探讨了在特定参数影响下，运用多相流混合模型时，SiO2-water流体的流动与换热特点，并与单相流模型进行对比。通过研究发现，当φ的大小增加时，Nuavg也逐步增大；Ra=103，T=1.5和Ra=106时φ的大小对流场与温度场有明显影响。
　　最后，本文探究了单相流模型下，方腔SiO2-water纳米流体自然对流的总熵产和局部熵产分布情况。通过研究发现，内部方柱的温度不同，均会导致方腔中熵产分布不同。T≤0.5时，随着内部等温方柱的温度升高，方腔的总熵产逐步减小；T≥1时，内部方柱温度升高，方腔的总熵产也逐渐升高。Ra=103，T=0.5时，总熵产最小；Ra=106，T=1.5总熵产最大。此外，传热的不可逆性是引起整个方腔不可逆性损失的主要因素，因此对流传热方式是影响整个方腔总熵产增加的主要原因。

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1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3本文主要研究内容

2 SiO2-water纳米流体方腔自然对流流场与温度场的数值分析

2.1研究模型与控制方程

2.2计算方法及数值验证

2.3计算结果及分析

2.4本章总结

3 基于多相流模型下方腔纳米流体流动与传热的数值分析

3.1多相流模型描述与控制方程

3.2多相流模型下方腔内纳米流体流动与传热分析

3.3纳米颗粒的体积分数与瑞利数对平均努赛尔数的影响

3.4本章小结

4 方腔纳米流体自然对流熵产分析

4.1温度、颗粒体积分数和瑞利数对局部熵产的影响

4.2温度、颗粒体积分数和瑞利数对总熵产的影响

4.3本章小结

5 全文总结及展望

5.1全文总结

5.2全文展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间科研成果