粘彈性流體基納米流體湍流對流換熱直接數值模擬研究.pdf

1、納米流體具有強化換熱的性能同時增加了流動阻力,而粘彈性流體具有減阻和惡化傳熱的效果,將減阻溶液與納米流體各自的優(yōu)勢結合,希望得到具有減阻效果同時具有一定換熱性能的新型流體,為了探究這種流體是否具有預想的性能,對這種流體進行了直接數值模擬研究。
　　對牛頓流體基Al2O3納米流體和粘彈性流體基Al2O3納米流體在穩(wěn)定加熱的平板槽道區(qū)域中的湍流速度場和溫度場進行了直接數值模擬。假設流體為單相,粘彈性流體網狀結構和溶劑的相互作用采用Gi

2、esekus模型實現。假設溫度為被動標量,對速度場無影響,納米流體的物性參數采用Al2O3納米流體的經驗和實驗擬合計算式。N-S方程、Giesekus本構方程和能量方程中,除了壓力項以外,其他項時間上的差分均采用二階精度Adams-Bashforth格式。壓力項采用求解泊松方程完成推進時間上的推進;動量方程、能量方程和Giesekus本構方程的對流項和擴散項在空間離散采用二階精度的有限差分方法;為了避免壓力場的跳躍,采用交錯網格,壓力、

3、溫度和變形率的值儲存在控制容積的中心,速度值儲存位置與它們有半個網格的距離。
　　計算得到兩類納米流體的速度場和溫度場分布,均與實驗結果和經驗公式符合,說明了本文結果的正確性。針對粘彈性流體基納米流體,得到了努謝爾數隨納米粒子體積分數增加而增大的趨勢,同時具有一定的減阻率;為了研究其強化換熱的微觀機理,分析了湍流脈動強度、流向湍流熱流、壁面法向湍流熱流以及湍流熱流通量平衡方程的各項分配情況。模擬結果表明,粘彈性流體基納米流體具有減