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纳米流体Rayleigh-Bénard细胞流的格子-Boltzmann模拟

Study of Rayleigh-Bénard convection in nanofluids with lattice-Boltzmann method

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【作者】 陆规段远源王晓东

【Author】 LU Gui 1,DUAN Yuan-Yuan *1,WANG Xiao-Dong **2,3(1.Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of MOE,Beijing Key Laboratory for CO 2 Utilization and Reduction Technology,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University,Beijing 102206,China;3.Beijing Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer for Low Grade Energy,North China Electric Power University,Beijing 102206,China)

【机构】 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室,二氧化碳资源化利用与减排技术北京市重点实验室华北电力大学新能源与可再生能源北京市重点实验室华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室

【摘要】 采用热格子-Boltzmann方法,对两平行平板间纳米流体的Rayleigh-Bénard细胞流现象及其影响因素进行数值模拟研究,模型计算结果与方腔内纳米流体的自然对流实验结果吻合较好。讨论了纳米颗粒种类(Al2O3、Cu和SiO2)、体积分数(1%~4%)等因素对细胞流流动和传热的影响。研究发现平板间纳米流体的Rayleigh-Bénard细胞流的流动和传热行为明显异于纯流体,同时发现纳米流体的热导率、黏度和颗粒的热运动共同决定细胞流的流场和温度场分布的规律:热导率越大、布朗运动的越强,会减小流体温度的非均匀性,削弱对流作用,使其细胞流对涡个数减小;黏度增大也会抑制细胞流的发展。

【Abstract】 Thermal lattice-Boltzmann method was applied to model the nanofluids′s Rayleigh-Bénard convection and the influencing factors.The effects of nanoparticles types(Al 2 O 3,Cu,and SiO 2),volume fractions(1% to 4%) on Rayleigh-Bénard cell flow were discussed.The results show that Rayleigh-Bénard cell flow behaviors of nanofluids are significantly different from those of pure fluids,from the aspects of flow patterns,heat transfer oscillation behaviors and the thermal performance.The thermal conductivity and viscosity,as well as the thermal dynamic motion of nanoparticles play important roles in the development of Rayleigh-Bénard convection within nanofluids.The larger thermal conductivity and the viscosity in nanofluids,the less vortex pair number,and larger vortex diameters can be obtained.

【基金】 国家自然科学基金资助项目(21176133)
  • 【文献出处】 热科学与技术 ,Journal of Thermal Science and Technology , 编辑部邮箱 ,2013年01期
  • 【分类号】TK124
  • 【被引频次】7
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