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磁激励下Fe3O4-水纳米流体强化对流传热的特性研究
| 论文题名： | 磁激励下Fe3O4-水纳米流体强化对流传热的特性研究 |
| 关键词： | 汽车理论;四氧化三铁-水纳米流体;磁激励;对流传热特性 |
| 摘要： | 随着现代汽车工业的发展，传统的传热工质已近无法满足日益严苛的换热需求，因此本文提出了以Fe3O4-水纳米流体替代传统传热工质的方法。利用在磁激励下Fe3O4纳米颗粒可控的效应，通过数值模拟结合实验的办法研究磁激励下Fe3O4-水纳米流体强化对流传热特性，并探讨其在磁激励下强化对流传热的机理。 对磁激励下Fe3O4-水纳米流体的稳定性理论、导热率理论和强化对流传热机理进行分析，证明Fe3O4纳米颗粒所受的洛伦兹力在其强化对流传热中起主导作用。 使用CFD软件Fluent中的流动模型、传热模型、DPM模型和MHD模型对磁激励下Fe3O4-水纳米流体对流传热进行数值模拟研究。研究多物理场耦合下Fe3O4-水纳米流体的质量分数、进口温度；磁激励方向、磁场强度和交变频率对强化对流传热特性的影响。结论为：增大Fe3O4-水纳米流体的质量分数和进口温度可使强化对流传热的性能增强。在磁激励下，与流动方向水平的磁场会恶化Fe3O4-水纳米流体的对流传热的性能；垂直的磁场会使其对流传热的性能增强，增强的幅度与磁场强度和Re成正比。垂直方向交变磁场的激励使Fe3O4-水纳米流体的对流传热的性能进一步增强，增强的幅度与磁场强度成正比，与交变频率和Re成反比。 设计并搭建了一套磁激励下Fe3O4-水纳米流体对流传热实验系统，研究磁激励对Fe3O4-水纳米流体对流传热和流动阻力特性的影响。磁激励下Fe3O4-水纳米流体的质量分数、进口温度；磁激励方向、磁场强度和交变频率对Fe3O4-水纳米流体强化对流传热的影响趋势与数值模拟的结果相同。垂直交变磁场的激励可使对Fe3O4-水纳米流体的对流传热系数h相比于基液最大增加24.69%。使用Fe3O4-水纳米流体将增大流动阻力，流动阻力与Fe3O4-水纳米流体的质量分数和磁场强度与成正比，流动阻力系数f最大增长13.9%。交变磁场的激励可使其流动阻力减小，随交变频率增长，流动阻力减小的幅度降低，流动阻力趋近于同强度的恒定磁场。最后对比数值模拟和实验的结果，数值模拟和实验的最大误差为6.59%，说明数值模拟基本满足准确性的要求，并分析了模拟值与实验值出现误差的原因。 |
| 作者： | 郝宇轩 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 林荣会;张西龙;魏金宝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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