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时间:2019-03-03
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1、万方数据博士学位论文纳米流体强化热量与动量传递的实验研究ExperimentalInvestigationofHeatandMomentumTransferEnhancementofNanofluids学110l0016大连理工大学DalianUniversityofTechnology万方数据论文作者签名:指导教师签名:论文评阅人1:评阅人2:评阅人3:评阅人4:评阅人5:答辩委委员1:委员2:委员3:委员4:fIIlllI[IIIIlUlI[11111I(1Y2728384‘j懈)心/丑v臼§yV’
2、暮辩日期:丝Z幺Z!么堑::万方数据ExperimentalInvestigationofHeatandMomentum一.TransferEnhancement—ofNan—ofluidsAuthSupeReviewers:ExaminingComm№饥a现rExamining、Dateoforaldefense:万方数据大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外,本论文不包含其他个人或集体
3、已经发表的研究成果,也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目:纳苤流篮塑丝热量量邈量笾堂鲍塞坠丑窒作者签名:—弓冢———弓耄弓一日期:‘多啦磐年—i互月—纽日万方数据大连理工大学博士位论文摘要纳米流体是指以一定比例,在液体中添加纳米级金属、金属氧化物或非金属颗粒形成的一类新型传热冷却介质。纳米流体较传统的冷却介质具有以下优势:1)纳米流体对流换热系数的增加,不以流动阻力的
4、增加为代价;2)纳米流体中颗粒的尺度为纳米量级,其行为接近于液体分子,不会像毫米或微米级颗粒,易产生摩擦或堵塞的不良结果;3)纳米流体的传热效果与纳米颗粒的成份、比例、形状等因素有关,可根据传热量需求,合理的设计传热过程。由此可见,纳米流体作为新型传热冷却介质,在强化传热领域有着广泛应用前景。已有的研究结果表明,纳米流体强化传热的物理机制主要有两方面:一是纳米流体的导热系数显著高于基础流体;二是纳米颗粒在基础流体中的微运动,强化了基础流体的动量传递。人们对纳米流体导热系数己开展了大量的理论和实验研究工作
5、,并证实了导热系数增加的物理机制。然而关于纳米颗粒对基础流体动量传递特性的影响则少见报道。为此,本文着重开展了这方面的研究工作。本文采用实验研究方法,开展了纳米流体的热量与动量传递特性研究,主要研究内容如下:一、纳米流体的制备。采用“两步法”配制出实验所需纳米流体,并对配制的纳米流体开展透射电镜和悬浮稳定性实验,发现纳米流体的分散性和悬浮稳定性均较好,为接下来的研究打下基础。二、纳米流体输运参数的测定。为全面掌握纳米流体的基本性质,对纳米流体输运参数(导热系数、粘度、比热)进行测量,发现体积浓度、粒径和
6、颗粒形状对纳米流体导热系数、粘度和比热有较大影响。三、纳米流体的流动和传热特性的实验研究。搭建流动与传热特性实验台,测量纳米流体的阻力和传热系数。发现纳米流体对流换热系数的增加,不以阻力的增加为代价;导热系数增大对对流换热系数贡献比例较小;纳米颗粒的体积浓度、直径和形状均对对流换热系数有较大影响;单相流传热特性关联式已不适用于纳米流体,从而建立了纳米流体对流换热准则关联式。对上述研究结果进行分析,发现纳米颗粒对基础流体动量传递的强化,是增大对流换热系数的主要原因。四、纳米流体的流动可视化与动量传递特性的
7、实验研究。搭建纳米流体流动可视化实验台。为了便于流场观测,用有机玻璃制成的波壁管作为实验段,进行了流动可视化实验,直观的考察了纳米流体与基础流体的流场差异;采用得失电子的电化学方法,测量了纳米流体的质量传递系数,以此定量的研究纳米流体动量传递特性。实验结果表明:万方数据纳米流体强化热量与动量传递的实验研究在相同Re下,纳米流体的流场紊乱度高于基础流体,其质量传递系数也显著高于基础流体。在上述实验研究基础上,结合已有的分子动力学和CFD研究结果,对纳米颗粒强化基础流体动量传递进行了理论分析,进一步验证了动
8、量传递的增强是强化传热的主要原因。五、纳米流体复合强化动量与热量传递特性的实验研究。由于输运参数的改变对纳米流体动量和热量传递系数提升有限,故采用继续增加扰动的方式,进一步增强纳米流体的动量传递。本研究通过改变管型(变化波壁管的波幅)、外加脉动流场(入口前添加平行于流动方向的脉动)和施加往复运动(施加垂直于流动方向往复运动)的方式,来进一步增加基础流体的紊乱度,以达到继续强化热质传递的目的。研究发现,1)波壁管波幅对纳米流体的质量传递和流动
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