磁性液體熱磁對(duì)流與傳熱機(jī)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(qiáng)度會(huì)隨溫度的升高而顯著減小，因此其熱磁對(duì)流現(xiàn)象十分明顯：處于外磁場(chǎng)中和非等溫狀態(tài)下的溫度敏感型磁流體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生磁力的不平衡狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)流體做宏觀對(duì)流運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)外磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的協(xié)同作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這種流體運(yùn)動(dòng)的控制。如果將熱磁對(duì)流控制在密閉回路中，同時(shí)保持穩(wěn)定的外磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)，溫度敏感型磁流體會(huì)在回路中持續(xù)穩(wěn)定地循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。由于無(wú)須外加機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件，熱磁對(duì)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(yīng)用前景，對(duì)溫度敏感型磁流體熱磁對(duì)流回路特性的研究具有重要的意義。但熱磁對(duì)流回路的相關(guān)研究報(bào)道還是比較少，仍有一些問(wèn)題亟待解決。本學(xué)位論文研究主要包括以下幾個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容：
　　 (1)熱磁對(duì)流回路內(nèi)的流場(chǎng)可視化研究和流速測(cè)量
　　 為深入研究熱磁對(duì)流回路中流體的流動(dòng)與傳熱特征，需要對(duì)回路中磁流體流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)問(wèn)題至今沒(méi)有很好解決。本文利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)，針對(duì)磁流體可見光透過(guò)率小的特點(diǎn)，采用

3、非經(jīng)典的光路設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了回路中磁流體的流場(chǎng)可視化，研究了熱磁對(duì)流回路的流場(chǎng)特性，對(duì)充分發(fā)展段的流體進(jìn)行了不同工況下的速度測(cè)量，定量分析了熱磁對(duì)流的強(qiáng)度及其隨主要影響因素的變化關(guān)系。對(duì)流速的測(cè)量有利于深入研究熱磁對(duì)流回路的運(yùn)行特性。
　　 (2)溫度敏感型磁流體熱磁對(duì)流回路運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)研究
　　 搭建了溫度敏感型磁流體為工質(zhì)的小型熱磁對(duì)流回路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用NdFeB永磁體提供外磁場(chǎng)，同時(shí)對(duì)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(duì)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(duì)回路流動(dòng)和換熱特性的影響，探索回路流動(dòng)與傳熱的基本特征，研究了外加磁場(chǎng)和流體溫度場(chǎng)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(jì)方法
　　 在流體動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)和電磁學(xué)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(dòng)之間耦合特性的描述熱磁對(duì)流的宏觀數(shù)學(xué)模型。根據(jù)此數(shù)學(xué)模型，對(duì)溫度敏感

5、型磁流體熱磁對(duì)流回路的運(yùn)行狀況進(jìn)行數(shù)值模擬，建立了溫敏能量自主傳遞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。將計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)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(yùn)行特性研究
　　 在合適的外磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的作用下，回路中的磁流體持續(xù)循環(huán)流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于外磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的協(xié)同作用，它相當(dāng)于一個(gè)“泵”為流體提供動(dòng)力。迄今為止，熱磁對(duì)流回路的相關(guān)研究針對(duì)的是一個(gè)熱磁泵的系統(tǒng)。在前述的理論模型基礎(chǔ)上，建立了多個(gè)