【摘要】：隨著熱科學(xué)技術(shù)的不斷革新,各種熱交換設(shè)備的換熱效率也在不斷提高,使得傳統(tǒng)換熱工質(zhì)逐漸無法滿足工業(yè)上的需求。因此,尋找一種新型換熱工質(zhì)來替代傳統(tǒng)換熱工質(zhì)用以提高熱交換設(shè)備的換熱效率,進而滿足各個工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷提高的換熱要求已經(jīng)成為當今傳熱學(xué)的研究重點之一。納米流體作為一種新型換熱工質(zhì),其高效的換熱特性已被越來越多的人所熟知,近年來經(jīng)過不斷完善與發(fā)展,并憑借其自身的獨特優(yōu)勢,納米流體作為新型傳熱冷卻介質(zhì)在傳熱領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。已有實驗結(jié)果表明,納米流體的流動特性是影響其強化傳熱性能的重要因素,因此只有對納米流體的流動特性進行深入研究才會使換熱過程的研究更有意義。但是,以往的可視化實驗無法定量揭示納米顆粒添加后對流動特性改變,進而強化動量傳遞的程度�；诖�,本文利用PIV技術(shù)對SiO_2-水納米流體的流動特性進行了定量化實驗研究。為驗證PIV技術(shù)的測量效果,本文使用大渦模擬的方法對實驗的可行性進行驗證,對三種不同雷諾數(shù)下的去離子水通過臺階流后的流場形貌進行了數(shù)值模擬,并將模擬結(jié)果與實驗測試結(jié)果進行對比分析,結(jié)果表明:在流場速度分布以及旋渦個數(shù)上,模擬結(jié)果與相應(yīng)的實驗測試結(jié)果均吻合良好,有效證明了在流場中加入少量示蹤粒子并不會對流場的流動特性造成較大干擾,進而說明本次實驗方案具有一定的可行性。在驗證PIV定量化實驗研究效果基礎(chǔ)上,分別以去離子水以及不同體積分數(shù)的SiO_2-水納米流體為實驗工質(zhì),以臺階流為實驗段,通過PIV技術(shù),對低雷諾數(shù)下去離子水以及不同體積分數(shù)下SiO_2-水納米流體通過臺階后的速度場、渦量場等進行定量化實驗分析,結(jié)果顯示在相同雷諾數(shù)下,納米流體流動時的混亂程度明顯高于去離子水,并且隨著納米流體體積分數(shù)的不斷增加,其流動特性也不斷發(fā)生改變,擾動更加劇烈,旋渦個數(shù)增多,渦量增大。當Re=2300時,體積分數(shù)為3%的SiO_2-水納米流體相比于去離子水,旋渦個數(shù)由3個增加為5個,渦量大小也提升了34.4%。進一步提升流速后,對中高雷諾數(shù)下去離子水以及不同體積分數(shù)下的SiO_2-水納米流體的流動特性進行了定量化實驗分析,在分析速度場及渦量場的基礎(chǔ)上,增加了對流場脈動速度以及湍動能的定量化分析,使得分析結(jié)果更加深刻具體。實驗結(jié)果表明,當Re=5000時,體積分數(shù)為3%的SiO_2-水納米流體相比于去離子水,旋渦個數(shù)增加2~3個,渦量大小提升了22.1%,湍動能增長了3.68倍。結(jié)果表明隨著流動強度的進一步提升,納米顆粒對基礎(chǔ)流體產(chǎn)生的擾動得到更大強化,說明顆粒對湍流流動強化效果更明顯。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK403

【參考文獻】

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1 張冀;刁彥華;趙耀華;張艷妮;孫欽;;小通道平行流扁管內(nèi)納米流體的流動換熱特性研究[J];工程熱物理學(xué)報;2015年05期

2 李俊青;;PIV的原理與應(yīng)用[J];水利科技與經(jīng)濟;2015年03期

3 張亮;呂繼組;白敏麗;卞永寧;劉浩;沈勝強;;不同流場下納米流體波壁管內(nèi)的流動特性[J];熱科學(xué)與技術(shù);2014年01期

4 張亮;呂繼組;白敏麗;卞永寧;劉浩;王鵬;;SiO_2-water納米流體在不同流場下的質(zhì)量傳遞特性[J];熱科學(xué)與技術(shù);2013年04期

5 唐忠利;湛波;張樹楊;張會書;袁希鋼;;CO_2在納米流體解吸過程中的微對流現(xiàn)象[J];化工學(xué)報;2012年06期

6 崔文政;白敏麗;呂繼組;張亮;李曉杰;徐淼;;納米流體強化內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)流動的基礎(chǔ)研究[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2012年01期

7 徐淼;崔文政;白敏麗;卞永寧;張亮;呂繼組;;SiO_2-水納米流體在波壁管內(nèi)流動特性的實驗研究[J];實驗流體力學(xué);2011年01期

8 周婕;王玲玲;曾誠;;應(yīng)用PIV研究帶自由表面的后向臺階流流動特性[J];水利水電科技進展;2008年04期

9 陶建忠;李國祥;佟德輝;白書戰(zhàn);石秀勇;;基于CFD的柴油機氣缸體冷卻水腔改進設(shè)計[J];農(nóng)業(yè)機械學(xué)報;2008年02期

10 齊鄂榮;黃明海;李煒;張昕;;二維后向臺階流流動特性的實驗研究[J];實驗力學(xué);2006年02期

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1 張亮;納米流體強化熱量與動量傳遞的實驗研究[D];大連理工大學(xué);2014年

2 賀鑄;非等溫氣固兩相各向同性湍流的直接數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2006年

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1 雷冬旭;氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)過冷沸騰傳熱多相流數(shù)值模擬基礎(chǔ)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

2 孫通;納米流體管內(nèi)層流流動特性的實驗研究[D];東北電力大學(xué);2013年

3 郝儷娟;后臺階及方形鈍體繞流湍流場數(shù)值模擬及PIV實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

4 張樹楊;納米流體強化氣液傳質(zhì)研究[D];天津大學(xué);2010年

5 王宇;CFD在多缸柴油機冷卻系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2007年

6 郭曉東;直接數(shù)值模擬與大渦模擬后臺階湍流流動[D];南京航空航天大學(xué);2007年

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本文編號：2709075