高温高压下的纳米流体自然对流强化传热研究开题报告
2020-02-20 10:02
1. 研究目的与意义（文献综述）
在人类社会中，能源标志着社会的发展，目前人类赖以生存的能源如水利能、风能、热能等都与人类的生活密切相关，而热能在人类生活中占有重要地位，如饮食、卫生、环境、工业等都离不开热能。在当今资源紧缺的时代，为了人类社会可持续发展和环境的改善，如何有效利用热能也是科学研究的重要话题之一。热能的高效利用与传热效率有着直接的关系，所以传热现象以及如何改善传热效率有着重要的研究价值。
由于现代技术的发展出现了纳米级金属和金属氧化物颗粒，因金属材料具有较好的导热能力，将微量金属及金属氧化物纳米颗粒添加到传统基液中，稳定扩散形成的纳米颗粒悬浮液比传统流体具有更好的导热能力，可提高热力系统换热效率。1995年由美国argone国家实验室choi[1]提出新概念：纳米流体。纳米体系和纳米科学技术概念的出现为人类认识自然现象、利用自然规律、推进科学技术发展和社会进步开辟了一条前所未有的、崭新的道路。作为一门新兴学科，纳米科学与技术研究吸引众多科学家及工程师对纳米流体进行了研究，取得了重大突破，如对纳米流体热物理热性、导热机制、纳米流体种类以及新型制冷剂的研究等，纳米科技日益受到关注和重视[2]。
纳米流体因纳米颗粒与纳米颗粒。纳米颗粒与液体之间存在的范德华耳引力、静电排斥力、浮升力、相间阻力以及布朗力等作用力，破坏了流动层，加强了流动的湍流程度，降低了换热热阻，从而增强换热；与毫米或微米级颗粒相比，同样体积分数下，纳米颗粒表面积更大，因而纳米流体导热系数较毫米或微米颗粒悬浮液大，纳米颗粒所具备的小尺寸效应，表面效应等均体现了微米级颗粒所不具有的特有属性[3-5]；因为纳米颗粒尺寸较小以及自身强烈的布朗运动，纳米颗粒具有更好的悬浮稳定性，不易沉降。
2. 研究的基本内容与方案
| 2、研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 2．1研究内容 本文分析国内外对纳米流体及其相关内容的研究现状，对纳米流体的特性做出归纳，基于COMSOLMultiphysics软件，完成对纳米流体自然对流的数值模型建立。分析在高温高压情况下纳米流体自然对流的流动和传热特性。整理分析结果，提出增强其流动特性和传热特性的方案。 2．2研究目标 与传统流体介质相比，由于纳米颗粒的无规则热运动，纳米流体具有更好的导热能力和热容量，与传统的固-液两相混合物相比，由于纳米流体的超小尺寸效应，纳米流体的行为与液体很相似，同时具有固-液两相流体的一些共有特性。通过查找并翻译中外文文献了解纳米流体的应用，研究纳米流体的优缺点。学习COMSOLMultiphysics软件建立纳米流体模型，通过对纳米流体自然对流换热下高温高压下进行建模仿真研究，学习及深化相关理论知识和学会软件的使用，并对仿真结果进行分析讨论，提出优化方案。 2．3技术方案及措施 （1）搜集并研究纳米流体自然对流换热相关文献。 （2）对纳米流体的特性做出整理。 （3）完成对纳米流体自然对流数值模型建立。 （4）学习COMSOL Multiphysics软件，搜集型线相关参数。 （5）定量分析高温高压下纳米流体自然对流的流动和传热特性的影响规律。 （6）分析并总结影响纳米流体特性的有关方面。 |
3. 研究计划与安排
（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告。 （第1周—第3周）
（2）建立纳米流体自然对流的数值模型。 （第4周）
（3）基于comsol multiphysics软件，实现对纳米流体自然对流的数值模拟。（第5周—第8周）
4. 参考文献（12篇以上）
| 4、参考文献 [1] Choi SUS.Enhancing ThermalConductivity of Fluids with Nanoparticles//Singer DA,Wang HP[J].Developmentand Application of Non-newtonian Flows,New York:ASME,1995:99-103. [2] Choi SUS.Nanofluids:From Vision to Reality ThroughResearch[J].ASME Journal of Heat Transfer,2009,131(3):033106-033114. [3]张立德.超微粉体制备与应用技术[M].北京：中国石化出版社,2001. [4]张立德，牟其美.纳米材料与纳米结构[M].北京：科学出版社,2001. [5]张志琨，崔作林.纳米技术与纳米材料[M].北京：国防工业出版社，2000. [6] 杨卫卫，何雅玲，徐超，等.二维方腔非稳态自然对流数值模拟研究[J].工程热物理学报，2004，25（2）：281-283. [7] 苏立功，李晓兵，孟曦.倾斜方腔内纳米流体自然流体的数值研究[J].制冷与空调，2012,26（6）:627-631. [8] 李新芳，朱东生.封闭腔体内纳米流体强化自然对流换热的数值模拟[J].制冷技术，2009,37（1）：67-72 [9] Rezaiguia I,Kadja M,MebroukR,et al.Numerical Computation of Natural Convection in an IsoscelesTriangular Cavity with a Partially Active Base and Filled with a Cu-waterNanofluid[J].Heat Mass Transfer,2013,49(9):1319-1331. [10] Saleh H, Roslan R, HashimI. Natural Convection Heat Transfer in a Nanofluid-filled TrapezoidalEnclosure[J]. International Journal of Heat and MassTransfer,2011,54(1-3):194-201. [11]Aminossadati SM, Ghasemi B.Natural Convection Cooling of a Localised Heat Source at the Bottom of aNanofluid-filled Enclosure[J].European Journal of MechanicsB:Fluids,2009,28(5):630-640. [12] Al-Zamily AMJ.Effect ofMagnetic Field on Natural Convection in a Nanoluid-Filled Semi-circularEnclosure with Heat Flux Source[J].Computers and Fluids,2014,103:71-85. [13] Lee S,Choi SUS,LiS.Measuring Thermal Conductivity of Fluids Containing OxideNanoparticles[J].Journal of Heat transfer,1999,121(2):280-289. [14] Wang X,Xu XF,Choi SUS.ThermalConductivity of Nanoparticle-fluid Mixture[J].Journal of Thermophysics andHeat Transfer,1999,13(4):474-480. [15] 李强. 纳米流体强化传热机理研究[D]. 南京：南京理工大学,2003. [16] Murshed SMS,Leong KC,YangC.Enhanced Thermal Conductivity of TiO2-water Based Nanofluids[J].InternationalJournal of Thermal Science,2005,44(4);367-373. [17] Xie H,Wang J,Xi T.ThermalConductivity of Suspensions Containing Nanosized SiCParticles[J].International Journal of Thermophyysics,2002,23(2):571-580. [18] Li Q,Xuan YM.ExperimentalInvestigation on Transport Properties of Nanofluids//Wang B X.Heat TransferScience and Technology 2000[M].Beijing:Higher Education Press,2000:757-762. [19] Jang SP,Lee JH,HwangKS.Particle Concentration and Tube Size Dependence of Viscosities of Al2O3-waterNanofluids Flowing Through Micro-and Minitubes[J].Applied PhysicsLetters,2007,91(24):243112-243114.[20] Shirvan K M,Ellahi R, Mamourian M, et al. Effects of wavy surface characteristics onnatural convection heat transfer in a cosine corrugated square cavity filledwith nanofluid[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017,107: 1110-1118 [21] Sheikholeslami M,Gorji-Bandpy M, Vajravelu K. Lattice Boltzmann simulation ofmagnetohydrodynamic natural convection heat transfer of Al2O3–water nanofluidin a horizontal cylindrical enclosure with an inner triangular cylinder[J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 2015, 80: 16-25. [22] KefayatiG H R. Heat transfer and entropy generation of natural convection onnon-Newtonian nanofluids in a porous cavity[J]. Powder technology, 2016, 299:127-149. |
