板式换热器内纳米流体流动和传热特性模拟

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1、图书分类号：U.D.C.:工学硕士学位论文板式换热器内纳米流体流动和传热特性模拟硕士研究生：张冠男导师：孙斌教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：能源与动力工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：东北电力大学ClassifiedIndex:U.D.C.DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringNumericalSimulationonFlowandHeatTransferCharacteristicsofNanofluidsin

2、PlateHeatExchangerCandidate：ZhangGuannanSupervisor：Prof.SunBinAcademicDegreeAppliedfor：MasterEngineeringPowerEngineeringSpeciality：andEngineeringThermophysicsAffiliation：SchoolofEnergyandPowerEngineeringDateofOralExamination：Mar.2015University：NortheastDianl

3、iUniversity摘要换热器是工程应用中不可缺少的工艺设备，板式热交换器(PHEs)因其结构紧凑、高效，适用于不同负载，既灵活又方便卫生，因此广泛应用于石油、化工、制冷等许多工程领域中。如今，换热工质的低传热性能已成为新一代高效传热冷却技术研究的主要障碍。而提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加固体粒子。本文尝试将Cu-水纳米流体作为冷流体应用于板式换热器，通过数值模拟方法得到不同工况下纳米流体传热的温度场、换热系数及流场的空间分布，分析Cu-水纳米流体在板式换热器中流动与传热特性。探索纳米流体最为经

4、济适用的应用途径，促进我国节能减排事业的深入开展。首先，本文对质量浓度为0.1%，0.3%，0.5%，0.7%的Cu-水纳米流体进行了数值模拟。分别研究了纳米流体的质量分数，Re数等对对流换热系数的影响，并将模拟结果与实验结果进行了比较。通过模拟得出，以Cu-水纳米流体为冷流体的板式换热器的换热效果明显优于纯水。但在提高流速，增大纳米流体浓度的同时，应充分考虑粘度增加导致压降的增大对换热器性能的影响。其次，在原有模型的基础上进行改进，对纳米流体在板式换热器单边流动和对角流动情况下分别进行了模拟。研究了纳米流体在

5、不同流动形式下，Re数对对流换热系数的影响以及努赛尔数的变化。通过模拟得出，纳米流体可以提高板式换热器的性能，其中以纳米流体作为冷流体的单边流动板式换热器的强化传热效果最佳。最后得出综合结论：Cu-水纳米流体可以提高板式换热器的换热性能，质量分数为0.5%的Cu-水纳米流体换热效果最佳，纳米流体在单边流动情况下的换热系数高于对角流动情况，且压降也小于对角流动。关键词：纳米流体；数值模拟；传热；换热系数IAbstractHeatexchangerisanindispensableprocessequipmenti

6、nengineeringapplication,plateheatexchanger(PHEs)becauseofitscompactstructure,highefficiency,suitablefordifferentload,flexibleandconvenienthealth,iswidelyusedinpetroleum,chemical,refrigerationandmanyotherengineeringfields.Nowadays,lowheattransferperformanceof

7、heattransferworkingmediumhasbecomethemainobstacleoftheresearchonthenewgenerationofhighlyefficientheattransfercoolingtechnologya.Andaneffectivewaytoimprovetheheattransferperformanceoftheliquidisaddingsolidparticlesintheliquid.ThisarticleattemptstotaketheCu-wa

8、ternanofluidsascoldfluidandusesitinplateheatexchanger,obtainstemperaturefield,heattransfercoefficientandthespatialdistributionofflowfieldofNanofluidsheatindifferentworkingconditionsbynumericalsi