圓形通道內Fe₃O₄納米流體流動及傳熱影響因素分析

摘 " " "要： 采用Fe3O4-水納米流體為傳熱工質，利用有限元分析方法對其在圓形通道內流動及換熱過程進行了數值模擬研究，在Re=1 000條件下，分析了納米粒子的體積分數和粒徑大小對納米流體層流傳熱性能的影響。結果表明，納米顆粒的加入能有效改善通道的傳熱效率。隨著納米粒子體積分數的增大和粒徑的減小，通道的傳熱效率顯著提升，在研究范圍內，傳熱系數最大可增加10.9%。但同時也略微增大了壓力損失，綜合傳熱和阻力兩方面計算了傳熱綜合因子，在納米粒子粒徑為20 nm，體積分數為2.5%時取得了最大值。

關 "鍵 "詞：納米流體； 強化傳熱； 數值模擬； 壓力損失

中圖分類號：TQ021.3 " " 文獻標識碼： A " " 文章編號： 1004-0935（2023）04-0521-04

改善傳熱工質的傳熱性能是強化傳熱的一個重要方法。1995年美國國家實驗室的Choi[1]等提出了“納米流體”的概念，納米流體與傳統換熱流體相比具有更好的熱導率，其粘性、擴散系數等材料性能相對于傳統流體均有所提高[2]。

V. Bianco[3]等對氧化鋁納米流體在圓管中流動和傳熱進行了數值研究，相比于基礎流體，納米流體產生了更大的強化傳熱效果。A.I. Ramadhan[4]等模擬了混合納米流體在水平圓管內的傳熱過程，結果表明增加體積分數會增加傳熱速率。王凱[5]等模擬了Cu-H2O納米流體在圓管中的流動和傳熱行，結果表明納米流體的對流換熱系數隨著粒子的減小而逐漸增大。Senthil Ramalingam[6]等對SiC納米流體進行了導熱率的分析也得到了相似的結論。Zain F. Abu Shaeer[7]等對納米流體二維層流的傳熱進行了理論研究，通過數值計算得出納米粒子的增加會帶來傳熱效率的增加。……