柔性管道中纳米流体的辐射传热研究

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随着微/纳机电系统(M/NEMS)对热交换设备要求的提高,纳米流体以其独特的热物理特性满足了技术发展的需要,其导热性能好,传热效率高,稳定性强且不易沉降损坏管道,研究与应用前景十分广泛.柔性管道的诞生,一种壁面由聚电解质材料(PEL)填涂或制成的新型管道,引发了学者的注意.较之刚性管道,柔性管道内流动电位与电粘性效应有着显著不同,且有电化学机械能量转化更高效的优势.管道内电解质溶液可以渗透到聚电解质层(PEL)内,电解质离子能自由地存在于PEL内部及外部,而PEL离子仅存在于PEL内部,故PEL-电解质溶液界面可视为半透膜.由于PEL影响着系统内流体的运动,从而可利用该影响控制工作液的流动,对微/纳通道的智能化控制起积极作用.作为传热主要方式之一的辐射传热,在生物科学,医疗诊断等方面有着重要的使用,不容忽视.因此,柔性管道内纳米流体的流动与传热机理,特别是辐射传热正在受到研究者的密切关注.基于以上阐述,对柔性管道中,纳米流体作为工作流体的流动与传热行为进行了研究,并加强了辐射传热的探索,为流体系统小型化提供部分理论支持.分别讨论了平行板纳米通道内,在压力梯度驱动下,混合外加均匀轴向电场与在压力驱动下,混合外加均匀轴向电场,垂向磁场两种不同情形,利用双电层(EDL)模型,基于壁面低电势的假设,借助于Debye-Hückel线性化近似化简Poisson-Boltzmann方程,得到电势场分布,进而在考虑粘性耗散,壁面滑移,焦耳热效应,热辐射效应和霍尔效应的情况下,求解修正的Navier-Stokes动量方程和能量方程,获得了速度场和温度场的解析表达式,以及表征对流换热强度的努塞尔数和系统不可逆性的熵的解析解,并对各物理量进行了图形化描述,分析了不同参数对流体流动和热量传递的影响.
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