9、纳米流体热诱导流动数值研究与磨料流加工工艺综述

纳米流体热诱导流动数值研究与磨料流加工工艺综述

1. 纳米流体热诱导流动研究背景

在热交换设备中，提高流体传热速率一直是研究热点。早期，人们尝试在基础流体中添加固体超细颗粒来增加热导率，但大颗粒（毫米或微米级）会导致压力损失、堵塞和磨损等问题，不适用于传热应用。1995 年，Choi 将纳米级颗粒分散在传统流体中，开发出了创新的纳米流体。实验研究表明，在基础流体中添加少量固体纳米颗粒可以提高其热导率，纳米流体因其较高的热导率和较小的颗粒尺寸，在传热应用中具有很大吸引力。

不过，目前关于纳米流体的实验和数值研究存在一些问题。不同研究者对于纳米流体自然对流换热的结果存在矛盾，这主要是由于采用了不同的热物理性质公式。例如，一些研究发现纳米颗粒浓度增加会提高传热速率，而另一些研究则报告传热会随纳米颗粒体积浓度的增加而降低。

2. 纳米流体研究现状

近年来，许多研究者还研究了磁场和电场对不同封闭空间中纳米流体传热的影响。例如，Sheikholeslami 和 Chamkha 对 Fe₃O₄ - 乙二醇纳米流体在半环形封闭空间中的热诱导流动进行了数值分析，发现电场强度对传热速率有有利影响，且在小瑞利数时效果更显著。

为了进一步研究纳米流体的传热特性，本文对高纵横比（300）垂直环空中水基氧化铝纳米流体的自然对流换热进行了数值研究，考虑了 Brinkman 模型和 Buongiorno 相关性来计算粘度，并详细讨论了采用这两种不同公式导致的传热结果的不确定性。

3. 垂直环空的数学建模

3.1 几何模型

垂直环空由两个同轴圆柱体组成，内环壁部分加热，外环壁绝热。环空分为下部绝热区和上