梯度磁场作用下自然对流换热强化

为验证梯度磁场作用下自然对流换热的变化规律,揭示热磁对流现象的机理,利用钕铁硼永磁体构建了楔形梯度磁场空间,并对位于该空间的封闭腔内的氧气自然对流换热进行了实验研究.实验获得了氧气自然对流的激光散斑干涉图像,通过数据处理得到了氧气自然对流的温度场,进而获得了壁面局部Nu分布.结果表明,磁加速度近似与重力加速度方向相同的永磁梯度磁场布置可使氧气自然对流换热过程得到强化.     

磁场调控磁性纳米流体流动和传热研究进展

磁性纳米流体在实现能量高效和可控传递领域极具发展潜力。本文综述了磁场作用下磁性纳米流体对流换热及沸腾换热的最新进展,主要包括强制对流换热、混合对流换热、自然对流换热、池沸腾换热及管内沸腾换热等方面的实验研究,分析了磁场类型、强度、梯度、频率、方向及磁铁位置等对磁性纳米流体流动和热传输特性的影响,指出可通过改变外加磁场来实现对磁性纳米流体流动和传热的控制,并探讨了磁性纳米流体流-磁耦合作用下的传热机理以及目前所面临的挑战。在此基础上,提出了未来磁场调控磁性纳米流体对流换热和沸腾换热的主要发展方向：制备稳定的磁性纳米流体,建立系统有效的流动和传热理论模型,并从微介观尺度诠释热-流-磁耦合协同换热机理。     

磁场强化磁性液体自然对流传热的机理

在重力场中流体密度变化产生自然对流,在磁力场中磁性液体的表观密度随外加磁场强度的变化而明显变化,磁场可以改变磁性液体的自然对流.通过对磁场中的磁性液体的静力学计算和分析,建立一个由均匀磁场和均匀梯度磁场同轴叠加的合成磁场,合成磁场使磁场引起的磁性液体密度变化各处均等,各处的自然对流传热均等,从而使磁性液体的表观密度和自然对流传热系数得以准确测量,由此建立起磁性液体的磁场强度、表观密度、Grashof数之间的关联式.磁场强度的增大使磁性液体表观密度增大,使磁性液体处于超重状态,是磁场强化磁性液体自然对流传热的机理.     

空气横掠中空纤维膜管束的流动与传热性能

采用标准k-ε模型和增强壁面函数法对空气横掠中空纤维膜管束的强制对流换热进行数值模拟。采用SIMPLEC算法求解速度场和压力场的耦合,守恒方程采用二阶迎风格式离散。计算得到了不同管间距比下的管束平均Nusselt数和阻力系数。分析了纵横管间距比及Reynolds数的改变对管束平均Nusselt数和阻力系数的影响。     

磁场对熔盐射流冲击传热的影响

以永磁铁构建定磁场,进行外加磁场作用下熔盐射流冲击传热的实验研究,并得到Nusselt数Nu驻点关联式和径向分布。结果表明,在驻点区范围内,Nusselt数较无磁场作用时增大,传热得到比较明显的增强,而在壁面射流区,这种强化传热效果逐渐减弱。此外,当Reynolds数Re一定时,熔盐Nusselt数随着磁场强度的增加而增大,且驻点处强化传热效果最为显著。在Reynolds数Re=6400与磁场强度B=2800 Gs条件下,熔盐驻点Nusselt数Nu₀提高约6％,可见磁场作用对熔盐射流冲击传热具有一定的强化效果。     

封闭腔内水自然对流换热数值模拟

为了揭示封闭腔内非Boussinesq流体在浮力驱动下所特有的流动换热现象和形成机理,采用CFD软件Fluent对封闭腔内水的自然对流进行数值模拟,得到矩形封闭腔高宽比、Rayleigh数、倾斜角度、壁面温度差对流动和传热的影响规律。研究结果表明：由于水的密度在3.98℃达到最大,两竖壁面温度跨越这一点时会引起流动图像反转;具有流动反转的双涡结构降低了对流换热平均Nusselt数;相同Rayleigh数下,高宽比为1对应对流换热平均Nusselt数最大值;倾斜角度对平均Nusselt数影响与Rayleigh数和温度边界条件有关。     

线圈倾角对方腔内空气热磁对流的影响

数值研究了零重力与重力环境下圆形载流线圈绕X轴倾斜时方腔内空气热磁对流。方腔左侧垂直壁面等温加热、右侧垂直壁面等温冷却,其他壁面绝热。磁场计算采用毕奥-萨伐定律。控制方程基本变量采用控制容积法离散,求解采用SIMPLE算法。获得了空气热磁对流的流场和温度场,以及平均Nusselt数并进行了比较,计算结果表明磁场力和线圈倾斜角对方腔内流场和换热有重要影响。随γ增加,方腔内对流变得越来越强。零重力环境下,Nu_m关于x_euler=45°呈现对称分布;重力环境下,Nu_m关于x_euler=0°相似文献   

内置发热体的封闭方腔自然对流换热数值模拟

对底部中心位置具有不同大小内热源的二维封闭方腔自然对流换热问题进行了数值模拟。通过改变内热源量纲1高度b和Rayleigh数的大小,分析了不同工况对封闭方腔内温度场、流场结构和热源表面平均Nusselt数的影响。数值模拟结果表明:b和Ra的大小对封闭方腔内空气的流动换热有着重要影响;热源表面Nuave是Ra和b的增函数,且其增幅随Ra的增加而增加,随b的增加而减小。     

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

对去离子水及体积分数分别为0.15%和0.26%的水基γ-Al₂O₃纳米流体在当量直径为194.5 μm的硅基梯形芯片微通道内的层流流动和换热特性进行了实验研究。考察了Reynolds数、Prandtl数以及体积分数对流动换热的影响。结果发现,使用纳米流体后,压降无明显增加,纳米流体的流动阻力特性与去离子水基本相同;对流换热Nusselt数较去离子水有明显提高,且随着体积分数的增加而增加;相同泵功下换热热阻显著下降。实验还发现纳米流体的强化传热效果在较高温度时更加明显。根据实验数据得到了梯形硅微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热关联式。研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。     

恒热流工况下管内对流换热(火用)传递特性

从管内传热与流动的特点出发,基于热力学第一、第二定律和非平衡热力学理论,对壁面恒热流工况下,管内充分发展段对流换热的火用传递过程进行了研究,定义了对流换热传火用系数、火用流密度、传火用Nusselt数和对流换热火用传递方程,并导出相应的计算式;讨论了Reynolds数、量纲1热通量和不同截面位置等参数对对流换热火用传递过程的影响;最后将传火用和传热的结果进行了比较.     

不同磁场作用下Fe3O4/water纳米流体层流流动对流传热系数的实验研究

对体积分数为3%的Fe₃O₄/water纳米流体在不同温度、不同磁场大小和方向的均匀磁场和梯度磁场作用下的对流换热进行了详细的实验研究。首先,开展了纳米流体能量方程的量纲1分析,讨论了纳米流体强化换热的机理。发现磁性纳米粒子所受到的磁力远远大于布朗运动力。实验测试结果与量纲1分析相吻合,在垂直均匀磁场作用下,纳米流体层流流动的平均对流传热系数提高了5.2%;在垂直梯度磁场作用下,平均对流传热系数提高了9.2%。而在水平均匀磁场作用下,纳米流体平均对流传热系数下降了4.8%。另外,随着温度的升高,对流传热系数均逐渐升高。     

垂直梯度磁场作用下水平薄层磁性液体自然对流传热

１前言磁性液体是吸附着表面活性剂的固体磁性颗粒（如Ｆｅ３Ｏ４）分散于基液（如水）中而形成的稳态胶体溶液。它能在重力、磁力及离心力等外力场的作用下不凝聚、不沉淀,是一种集流动性。强磁性于一体的新型材料。磁性液体在化工、机械、电子、动力及航天航空等领域有...     

电场强化乙酸乙酯自然对流和沸腾换热的实验研究

对沉浸于强极性有机液体工质乙酸乙酯中的平板表面上的自然对流和沸腾换热的外加电场强化进行了实验,得出了自然对流和沸腾换热的表面传热系数、强化效果与电场电压、热通量的关系.实验数据表明,外加电场对平板表面自然对流换热的强化效果好于对沸腾换热的强化效果.实验条件下,当施加外电场时,平板表面的自然对流换热的传热系数最大可达到无外电场时的6～7倍,沸腾换热的传热系数最大可达到无外电场时的4～5倍.     

电场强化乙醚自然对流和池沸腾换热

外加电场强化传热是将电场及其理论引入传热学领域,利用电场力与流场和温度场的相互作用而达到强化传热的一种有效方法．     

Influence of magnetic field on jet impingement heat transfer with molten salt

Experimental study of jet impingement heat transfer with molten salt under the influence of external constant magnetic field was generated by permanent magnets. Both stagnation correlation and radial distribution of Nusselt number under magnetic field were obtained. The results showed that the Nusselt number with magnetic field became higher than that without magnetic field at stagnation region and jet impingement heat transfer was comparatively enhanced, while in wall jet region, the enhancement of heat transfer was gradually weakened. In addition, when the Reynolds number was constant, the Nusselt number of molten salt increased with increasing of the intensity of magnetic field, and the most enhanced heat transfer existed at the stagnation point. Under the conditions of Reynolds number Re=6400 and the intensity of magnetic field B=2800 Gs, the stagnation Nusselt number of molten salt was about 6 % higher than that without magnetic field. It can be seen that the magnetic field may promote the jet impingement heat transfer of molten salt.     

Lorentz force influence on momentum and mass transfer in natural convection copper electrolysis

The influence of Lorentz forces generated by faradaic currents and magnetic fields from permanent magnets on the momentum and mass transfer in natural convection copper electrolysis is discussed. Flow field measurements and visualizations of the concentration distribution are given and related to measured mean current densities. Flow structure as well as mass transfer depend strongly on the direction of the Lorentz force relative to that of natural convection.