磁性液體熱磁對流與傳熱機理--能量自主傳遞方法研究.pdf

1、溫度敏感型磁流體的飽和磁化強度會隨溫度的升高而顯著減小，因此其熱磁對流現(xiàn)象十分明顯：處于外磁場中和非等溫狀態(tài)下的溫度敏感型磁流體內(nèi)部會產(chǎn)生磁力的不平衡狀態(tài)，驅(qū)動流體做宏觀對流運動。通過調(diào)節(jié)外磁場和溫度場的協(xié)同作用，可以實現(xiàn)對這種流體運動的控制。如果將熱磁對流控制在密閉回路中，同時保持穩(wěn)定的外磁場和溫度場，溫度敏感型磁流體會在回路中持續(xù)穩(wěn)定地循環(huán)流動，實現(xiàn)能量的傳遞。由于無須外加機械驅(qū)動部件，熱磁對流回路是一種能量自主傳遞系統(tǒng)，在熱能工程

2、領(lǐng)域有一定的應用前景，對溫度敏感型磁流體熱磁對流回路特性的研究具有重要的意義。但熱磁對流回路的相關(guān)研究報道還是比較少，仍有一些問題亟待解決。本學位論文研究主要包括以下幾個方面的研究內(nèi)容：
　　 (1)熱磁對流回路內(nèi)的流場可視化研究和流速測量
　　 為深入研究熱磁對流回路中流體的流動與傳熱特征，需要對回路中磁流體流場進行測量，這個問題至今沒有很好解決。本文利用粒子圖像測速技術(shù)(PIV)，針對磁流體可見光透過率小的特點，采用

3、非經(jīng)典的光路設(shè)置，實現(xiàn)了回路中磁流體的流場可視化，研究了熱磁對流回路的流場特性，對充分發(fā)展段的流體進行了不同工況下的速度測量，定量分析了熱磁對流的強度及其隨主要影響因素的變化關(guān)系。對流速的測量有利于深入研究熱磁對流回路的運行特性。
　　 (2)溫度敏感型磁流體熱磁對流回路運行特性的實驗研究
　　 搭建了溫度敏感型磁流體為工質(zhì)的小型熱磁對流回路實驗系統(tǒng)，利用NdFeB永磁體提供外磁場，同時對回路的不同部分施加熱源和冷源，使

4、流體內(nèi)部產(chǎn)生溫度差異，發(fā)現(xiàn)回路中形成循環(huán)不斷的熱磁對流。分析了熱源位置，永磁體位置，加熱功率，冷卻段溫度等因素對回路流動和換熱特性的影響，探索回路流動與傳熱的基本特征，研究了外加磁場和流體溫度場的優(yōu)化協(xié)同方式。
　　 (3)溫敏型能量自主傳遞裝置的設(shè)計方法
　　 在流體動力學、傳熱學和電磁學的一些重要理論基礎(chǔ)上，結(jié)合磁流體的基本特性建立了包含磁、熱和流動之間耦合特性的描述熱磁對流的宏觀數(shù)學模型。根據(jù)此數(shù)學模型，對溫度敏感

5、型磁流體熱磁對流回路的運行狀況進行數(shù)值模擬，建立了溫敏能量自主傳遞系統(tǒng)的設(shè)計方法。將計算結(jié)果和實驗結(jié)果進行對比，驗證了理論模型和方法的合理性。
　　 (4)多熱磁泵串聯(lián)或并聯(lián)回路的運行特性研究
　　 在合適的外磁場和溫度場的作用下，回路中的磁流體持續(xù)循環(huán)流動，驅(qū)動力來自于外磁場和溫度場的協(xié)同作用，它相當于一個“泵”為流體提供動力。迄今為止，熱磁對流回路的相關(guān)研究針對的是一個熱磁泵的系統(tǒng)。在前述的理論模型基礎(chǔ)上，建立了多個