纳米流体在平板上的湍流边界层和流体流动分析

来源 :中南大学学报(英文版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:cyhacmacyh007
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
对分别浸入3种纳米流体(ZnO-水,SiO2-水,TiO2-水)的平板近壁面流动的湍流边界层的对数规律进行数值分析.采用CFD程序对边界层和流体动力流动进行数值模拟.使用已发表的测量点对数值模型进行验证,结果表明一致性较好.对流速0.04 m/s,0.4 m/s,4 m/s以及纳米颗粒浓度0.1%和5%的情况进行模拟.研究了纳米颗粒浓度对速度、温度分布、壁面剪切应力和湍流强度的影响.结果表明:沿势流层的黏性亚层、缓冲层和对数律层可以基于具有单壁距离区域的弯曲质量进行分析.可见,与其他区域相比,黏性亚层面积最大.另一方面,温度变化与热边界层厚度有关的区域在流速减小时也减小,热边界层离前缘越来越深,而纳米颗粒体积分数的增加对壁面剪切应力的影响较小.在所有情况下,边界层的厚度都随着流速的增加而减小,而纳米颗粒浓度的增加会使边界层的厚度增加.更准确地说,对数层在Y+=50和Y+=95之间最小.在所研究的纳米流体中,φ=5%时的边界层温度高于φ=0.1%时的边界层温度.而Y+=1时,结果正好相反,φ=0.1%时的温度比φ=5%的更高.当流速分别为v=4,0.4,0.04 m/s时,湍流强度峰值分别出现在Y+=100,Y+=10和Y+=8时.“,”A numerical analysis of the log-law behavior for the turbulent boundary layer of a wall-bounded flow is performed over a flat plate immersed in three nanofluids (ZnO-water, SiO2-water, TiO2-water). Numerical simulations using CFD code are employed to investigate the boundary layer and the hydrodynamic flow. To validate the current numerical model, measurement points from published works were used, and the compared results were in good compliance. Simulations were carried out for the velocity series of 0.04, 0.4 and 4 m/s and nanoparticle concentrations 0.1% and 5%. The influence of nanoparticles \' concentration on velocity, temperature profiles, wall shear stress, and turbulent intensity was investigated. The obtained results showed that the viscous sub-layer, the buffer layer, and the log-law layer along the potential-flow layer could be analyzed based on their curving quality in the regions which have just a single wall distance. It was seen that the viscous sub-layer is the biggest area in comparison with other areas. Alternatively, the section where the temperature changes considerably correspond to the thermal boundary layer\'s thickness goes a downward trend when the velocity decreases. The thermal boundary layer gets deep away from the leading edge. However, a rise in the volume fraction of nanoparticles indicated a minor impact on the shear stress developed in the wall. In all cases, the thickness of the boundary layer undergoes a downward trend as the velocity increases, whereas increasing the nanoparticle concentrations would enhance the thickness. More precisely, the log layer is closed with log law, and it is minimal between Y+=50 and Y+=95. The temperature for nanoparticle concentrationφ=5%is higher than that forφ=0.1%, in boundary layers, for all studied nanofluids. However, it is established that the behavior is inverted from the value of Y+=1 and the temperature for φ=0.1% is more important than the case of φ=5%. For turbulence intensity peak, this peak exists at Y+=100 for v=4 m/s, Y+=10 for v=0.4 m/s and Y+=8 for v=0.04 m/s.
其他文献
为优化单晶硅的加工工艺参数,首先,构建了单晶硅微细铣削表面粗糙度的预测模型,分析了主要切削要素对表面粗糙度的影响及切削要素和切削方式对表面形貌的影响.此外,对模型进行了回归系数的计算和显著性检测,并进一步进行了验证实验.研究表明:切削参数对单晶硅表面粗糙度的影响程度依次为fz、n、ap.在实验参数范围内获得了最优工艺参数.铣削微槽两侧的加工方式中逆铣的表面质量优于顺铣的表面质量.对构建的预测模型进行显著性检测,得到F=21.89>F(3,12)=3.49,R2=0.85,且样本点的残差值都在5%置信区间内
针对传统降压转换器电流电压应力大、开关损耗严重和电能转换效率低所造成的电磁干扰等诸多不良影响的问题.对零转换PWM电路的控制策略进行了研究,提出了PWM自动追踪算法,采用该算法设计了零转换降压转换器.首先,设计拓扑结构中谐振电路与主开关并联从而优化负载电压电流峰值,然后,改善检测器触发器进而提高转换器的换流效率.最后,基于MATLAB平台搭建仿真实验和设计搭建了100 W/10 kHz小功率样机对转换器的各项功能进行实验验证,实验结果验证了所设计的转换器可以有效减少电流电压应力、降低损耗和提高电能转换效率
为减少模块划分过程中专家打分等量化方法主观性太强对结果的影响,提供一条从用户需求出发的设计路径,将博弈论和模糊聚类算法结合,设计一套客观的、贴近客户实际需求的模块划分方法和方案评价体系;采用合作博弈中的核与Sharpley Value等理念从产品数据中提炼出设计所需的参数,建立关联矩阵;然后采用改进模糊聚类算法生成模块划分的动态聚类树;接着采用合作博弈中的核仁解等理念对各种模块划分方案进行评价,得到最优方案.最后以消费类机电产品中的洗衣机为例,验证方法的可行性和有效性.
高压涡轮偏心环在额定使用寿命期内连续工作一段时间后出现径向尺寸微缩精度超差的情况,导致与之有着过盈配合关系的高压涡轮外中内三层蜂窝封严零件配合失效,影响到高压涡轮正常工作性能.通过对高压涡轮偏心环进行材料力学性能分析及微观金相组织变化机理研究,采用固溶+时效的热处理方法可解决高压涡轮偏心环尺寸微缩问题,经试验验证固溶+时效的修复技术对解决高压涡轮偏心环尺寸微缩问题的可行性和有效性.固溶+时效修复技术可缩短高压涡轮机组的维修周期,大幅节约维修成本,并对解决镍基高温合金材料出现尺寸微缩的问题提供一些技术参考和
为了优化效率和减少能量损失,需要对传热机理及热性能进行全面研究.在基液中加入不同的纳米颗粒可提高热交换器的热性能.设计了一种翅片管壳式换热器,以体积浓度分别为1%、1.5%、2%的Fe2O3/水纳米流体作为换热流体,研究不同体积浓度的纳米流体对传热的影响,并将所得结果与纯水作为换热流体结果进行比较.采用ANSYS Fluent软件对传热过程进行数值模拟.数值模拟结果表明:纳米流体可成功应用于换热器中,提高Fe2O3纳米颗粒的体积分数可以获得更大的热能,而不会产生明显的压降.此外,当纳米流体中Fe2O3的体
针对生产车间中物料配送不及时、效率低的问题,建立了基于装配车间送料路径寻优的数学模型,提出了一种改进的蚁群算法对该模型求解.算法主要针对状态转移概率方程以及信息素更新方式进行改进,并引入动态调整惯性因子的粒子群算法以确定蚁群算法的初始参数,取代以往按照经验取参的方式.最后对该算法进行实例仿真,改进算法总的迭代次数大于传统算法,但是寻优效果比传统算法好,符合工程实践要求,验证了改进算法的寻优效果优于传统蚁群算法.
生物对流在可持续、环境友好型燃料电池技术中具有重要作用.这种设计的生物数学模型需要不断的改进,以在实验和计算结果中取得强有力的一致性.实际上,微生物在工业产品的制造过程中,特别是在肥料工业中,运输各种成分.通过与物质散热相关的物理现象来测量分子结构的传热特性.受仿生燃料电池近壁流动现象的启发,本文运用数值方法研究了在靠近伸展壁面的流变性Jeffery流体中运动的旋控微生物的横向游动.通过适当的相似度变换,将主导物理模型转化为非线性ODE系统.采用R-K Fehlberg打靶法在数学软件上进行数值模拟,得到
本文分析了两层纤毛诱导的Phan-Thien-Tanner(PTT)流体的热效应和浓度效应.采用Phan-Thien-Tanner流体模型模拟呼吸道黏液.由于呼吸道上皮细胞上存在睫状体周液层(PCL)和气道睫状体层(ACL),因此采用两层模型方法进行模拟.采用长波长和小雷诺数近似简化了两层流动问题的数学模型,所得到的带有移动边界的微分方程给出了两层中速度、温度和浓度分布的精确解.采用速度分布计算了压力的变化,并采用沿通道壁面压力梯度的数值积分计算了压力的上升.利用曲线图说明了物理参数对压力上升、速度、温度
本研究数值研究了不同湍流器形状、Al2O3/水纳米流体和倾斜磁场对微尺度倾斜前向台阶(MSIFFS)热行为的综合影响.湍流器的长度和高度分别为0.0979和0.5 mm,雷诺数为5000到10000.为了同时比较表面摩擦因数(SFC)和传热率(HTR),选择热性能因子(TPF)为评估参数.结果表明,配备湍流器的MSIFFS比简单的MSIFFS在热力学上更有优势.此外,在加载倾斜磁场(IMF)情况下,使用具有不同纳米粒子体积分数(NVF)的Al2O3/水纳米流体增加了HTR,当NVF从1%增加到4%,磁场密
后向台阶是工程和工业应用中普遍存在的一个关键问题.在本研究中,在台阶后方放置半多孔挡板(挡板根部是多孔的,顶端是实心的),研究了不同雷诺数(Re=100、200、300、400、500)下多孔部分长度和挡板位置对能量传递和压降的影响,研究了多孔介质达西数对上述参数的影响,得到局部最大和平均相对努塞尔数(努塞尔数除以相同雷诺数下无挡板的情况下的努塞尔数)和相对压降(计算为相对努塞尔数).结果表明,采用适当多孔介质长度可使平均相对努塞尔数和努塞尔数分别提高20%和90%.低渗透性的多孔介质提供更好的能量传递.