本文關鍵詞：納米流體幾種典型流動傳熱問題的近似解析和數(shù)值研究

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【摘要】：邊界層流動問題是流體力學一個重要的研究領域,在科學和工程上有著廣泛的應用,盡管經(jīng)歷了百余年的發(fā)展,至今仍然有很多研究者對其開展研究。而納米流體作為一類新的傳熱工質(zhì),由于潛在的應用前景,在其概念提出之后便吸引了很多的研究者對其進行研究。本論文對納米邊界層和自然對流領域中一些在科學和工程上具有重要意義的新問題進行了解析和數(shù)值求解。對于納米邊界層流動問題,基于納米流體同質(zhì)模型,考慮了納米流體外掠延伸平板的邊界層流動傳熱問題,采用改進的微分變化法給出了近似解析解,發(fā)現(xiàn)基液中添加納米顆粒不僅能夠增強介質(zhì)熱傳導能力,而且添加合適的納米顆�？梢詮娀瘋髻|(zhì)�；诩{米兩相模型,考慮了兩個問題,分別為納米流體邊界層滑移流動傳熱與傳質(zhì)問題和粘性系數(shù)、熱導率系數(shù)隨納米顆粒體積份額線性變化的流動傳熱傳質(zhì)問題,采用同倫分析方法給出了兩個問題的Nusselt數(shù)和Sherwood數(shù)的顯式近似表達式,與傳統(tǒng)的線性回歸近似公式相比其優(yōu)點在于可以通過計算高階同倫近似解而減小誤差。對于納米流體自然對流傳熱傳質(zhì)問題,采用連續(xù)有限元方法數(shù)值模擬了兩個問題,首先作者將納米兩相模型推廣到熱邊界條件隨時問正弦變化時的非穩(wěn)態(tài)流動中,然后考慮了在外加傾斜磁場影響下穩(wěn)態(tài)自然對流傳熱傳質(zhì)問題,在這兩個問題中發(fā)現(xiàn)納米兩相模型中的布朗運動參數(shù)和熱遷移參數(shù)同時增大時,努賽爾數(shù)逐漸減小,而舍伍德數(shù)逐漸增大。在對以上問題的近似解析研究中,作者給出了整個區(qū)間內(nèi)都一致有效地近似解析解,進一步驗證了改進的微分變換法和同倫分析方法的有效性。在對納米流體自然對流傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬中,作者通過給出流場內(nèi)流函數(shù)線、等溫度線和等濃度線的分布情況,使得復雜的過程可視化。
【關鍵詞】：納米流體 邊界層 自然對流 近似解析解 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 縮寫和符號清單10-13
• 1 引言13-15
• 2 文獻綜述15-34
• 2.1 課題背景15-19
• 2.1.1 邊界層理論15-17
• 2.1.2 納米流體17-19
• 2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-22
• 2.2.1 納米流體邊界層理論研究現(xiàn)狀19-21
• 2.2.2 流體自然對流研究現(xiàn)狀21-22
• 2.3 研究方法綜述22-34
• 2.3.1 微分變換法22-25
• 2.3.2 同倫分析法25-28
• 2.3.3 打靶法28-30
• 2.3.4 Runge-Kutta法30-31
• 2.3.5 Newton迭代法31-32
• 2.3.6 有限元法32-34
• 3 近似解析研究基于納米流體單相模型的邊界層流動傳熱傳質(zhì)問題34-49
• 3.1 控制方程35-37
• 3.2 微分變換法37-40
• 3.3 打靶法40-41
• 3.4 結果分析與討論41-48
• 3.5 本章小結48-49
• 4 近似解析研究基于納米流體兩相模型邊界層流動傳熱與傳質(zhì)問題49-76
• 4.1 納米流體邊界層滑移流動傳熱與傳質(zhì)49-64
• 4.1.1 控制方程50-52
• 4.1.2 同倫分析方法52-55
• 4.1.3 收斂性分析55-56
• 4.1.4 結果分析與討論56-64
• 4.2 變物性納米流體邊界層流動傳熱與傳質(zhì)64-74
• 4.2.1 控制方程64-65
• 4.2.2 同倫分析方法65-68
• 4.2.3 收斂性分析68-69
• 4.2.4 結果分析與討論69-74
• 4.3 本章小結74-76
• 5 數(shù)值模擬封閉腔體內(nèi)納米流體的自然對流傳熱傳質(zhì)問題76-102
• 5.1 熱邊界條件隨時間正弦變化下納米流體非定常流動傳熱傳質(zhì)問題77-90
• 5.1.1 控制方程77-79
• 5.1.2 有限元法的弱形式和迭代方法79-81
• 5.1.3 結果分析與討論81-90
• 5.2 傾斜磁場作用下納米流體定常自然對流傳熱傳質(zhì)問題90-101
• 5.2.1 控制方程90-92
• 5.2.2 有限元法的弱形式和迭代方法92-95
• 5.2.3 結果分析與討論95-101
• 5.3 本章小結101-102
• 6 結論與展望102-105
• 參考文獻105-117
• 作者簡歷及在學研究成果117-120
• 學位論文數(shù)據(jù)集120

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