纳米流体在内置弹簧管中的传热特性研究

摘要

本文主要以纳米流体为研究对象，通过实验分析纳米流体体积分数、纳米粒子粒径、内置弹簧节距以及内置弹簧丝径对传热性能的影响。主要研究结果如下：
　　(1)结合以往的研究成果，对纳米流体的基础物理性能进行研究。通过对四种不同纳米流体粘度进行测量，并与现有模型中的理论计算值进行对比。结果表明在基液中添加纳米粒子能够显著提升纳米流体粘度，纳米流体体积分数和纳米粒子直径是影响纳米流体粘度的关键参数，不同种类的纳米粒子所配置的纳米流体对粘度的提升程度有所差距。
　　(2)通过搭建传热实验平台，分析对比不同物性参数下的纳米流体以及内置弹簧对换热管内强化传热的影响。结果表明内置弹簧丝径的增大有助于提升传热性能。内置弹簧节距的增大能够在一定范围内提升换热系数，在实验条件下3＃管中的努赛尔系数相比2＃、4＃以及5＃号管分别提升24％、5.6%、7.1%。
　　(3)通过搭建PIV实验平台，分析对比不同物性参数下的纳米流体以及内置弹簧对换热管内的流场特性。结果表明内置弹簧丝径可以有效的提升管内主流体速度，加强边界层扰动。内置弹簧节距是影响管内流场的因素之一，3＃管内的平均速度相比于入口处提升了14.1%。纳米流体体积分数是影响管内流场的重要因素，随着纳米流体体积分数的增加，导致粘度相应的增大，使得管内流体克服摩擦阻力需要消耗更多的能量。
　　(4)通过Fluent软件模拟各种工况下管内流场和传热性能，得出管内速度场、温度场并将模拟值与实验值进行对比。结果表明在相同纳米流体工况下3＃管中的努赛尔系数能够达到最大值，其结果与传热实验、PIV实验结论相符。

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