【摘要】：非牛頓冪律流體流動(dòng)傳熱現(xiàn)象在生產(chǎn)實(shí)際和自然界中廣泛存在,尤其在工程實(shí)況中比較常見,比如工業(yè)混合攪拌技術(shù)、原油開采以及水煤漿輸配等。近年來工業(yè)水平的提高使得能耗加劇,“節(jié)能增效”成為緩解能源壓力的一大有力措施。我國能源以化石能源為主,化石能源中的流體又多數(shù)以非牛頓流體的形式存在,再加上非牛頓流體的流變特性較牛頓流體更為復(fù)雜多樣,所以對(duì)其流動(dòng)傳熱特性展開系統(tǒng)且詳細(xì)研究具有深刻意義。本文以常見的非牛頓冪律流體為主要研究介質(zhì),研究不同截面直管和螺旋管內(nèi)冪律流體的沿程阻力系數(shù)變化規(guī)律和對(duì)流換熱規(guī)律。本文主要通過數(shù)值模擬對(duì)冪律流體在不同截面的直管和螺旋管內(nèi)的流動(dòng)與換熱展開研究。首先將本文的數(shù)值模擬計(jì)算值與已有的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式、經(jīng)典實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較分析,對(duì)所選用的冪律模型和湍流模型進(jìn)行驗(yàn)證。然后采用驗(yàn)證過的冪律模型和湍流模型對(duì)特定冪律流體在直管和螺旋管內(nèi)的流動(dòng)、傳熱進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算及分析。主要探討分析了截面形狀、雷諾數(shù)、冪律指數(shù)、相對(duì)粗糙度等多個(gè)因素對(duì)管內(nèi)流體的流動(dòng)和換熱的影響。另外,由于螺旋管的幾何構(gòu)成稍微復(fù)雜,因此還考慮了曲率和無量綱螺距對(duì)管內(nèi)流體流動(dòng)及換熱的影響規(guī)律,并對(duì)螺旋管內(nèi)Y=0截面上的速度場(chǎng)、壓強(qiáng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的分析及討論。同時(shí),為了更清晰的展現(xiàn)螺旋管內(nèi)冪律流體的流動(dòng)和換熱特性,分別設(shè)定絕熱條件和恒壁溫條件進(jìn)行模擬計(jì)算。研究結(jié)果顯示,截面形狀、雷諾數(shù)、冪律指數(shù)、相對(duì)粗糙度等因素對(duì)直管和螺旋管內(nèi)的非牛頓冪律流體的流動(dòng)沿程阻力系數(shù)及對(duì)流換熱強(qiáng)度變化有一定程度的影響,各因素與流體流動(dòng)和換熱之間均有一定的相關(guān)性。另外,螺旋管的曲率和無量綱螺距對(duì)管內(nèi)冪律流體的流動(dòng)和換熱也有不同程度的影響,結(jié)果顯示曲率的影響明顯更大。其原因在于改變曲率會(huì)改變迪恩數(shù)的大小,從而影響管內(nèi)二次流的擾動(dòng)程度,進(jìn)而影響管內(nèi)冪律流體流動(dòng)阻力和換熱能力的變化;而無量綱螺距變化并不改變迪恩數(shù),對(duì)二次流的影響不大,因此對(duì)流動(dòng)和換熱的影響也相對(duì)較小。本文主要探討了不同截面的直管和螺旋管內(nèi)的非牛頓冪律流體流動(dòng)阻力和對(duì)流換熱的變化規(guī)律,旨在為研究非牛頓冪律流體的復(fù)雜流變特性導(dǎo)致的流動(dòng)和換熱規(guī)律特性提供一些理論參考。
【圖文】：

牛頓、非牛頓流體的區(qū)別在流體中，認(rèn)為只有牛頓流體具有嚴(yán)格意義上的粘度定義，非牛頓流體則必須有兩個(gè)、甚

圖 1.2 幾種流體的流變曲線對(duì)比應(yīng)力很小的時(shí)候便開始流動(dòng)，隨著剪切速率的增大，，剪切稀化特性，流變曲線如圖 1.2 中的曲線③所示。沫凝膠、黃原膠溶液、CMC 溶液、大豆蛋白質(zhì)等。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ021.3

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本文編號(hào)：2678216