熔盐基纳米流体管内流动换热特性模拟

摘要

为研究Al2O3-HITEC熔盐基纳米流体在恒热流加热管内流动换热特性,采用计算流体力学的研究方法,利用单相流热扩散模型进行了数值模拟。分析了不同质量分数的纳米颗粒对熔盐换热性能的影响,并从流体热物性的角度探讨了换热性能改变的原因。对比结果说明热扩散模型可以用于模拟熔盐基纳米流体管内流动换热。模拟结果表明:与纯熔盐管内温度分布相比,采用纳米流体降低了管内温度,且质量分数为0.063%时温度降低最明显;4个截面处的温度分布表明在壁面热流的作用下,熔盐和熔盐基纳米流体的温度沿径向升高,而熔盐基纳米流体的温度比纯熔盐低,说明纳米流体吸收和带走了更多的能量;与纯熔盐相比,熔盐基纳米流体的换热性能提高了,证明了添加纳米颗粒具有强化熔盐换热的效果,但强化效果并非随纳米颗粒的浓度增大而线性变化,而是0.063%(质量分数)的纳米流体换热强化程度最大,其在充分发展区换热系数比纯熔盐提高了6.5%。最后通过分析熔盐与熔盐基纳米流体物性变化,发现了比热容的剧烈变化是导致换热性能变化的主要原因。