纳米流体对高炉冷却壁高热负荷区传热性能的影响

摘要

为提高高炉冷却壁高热负荷区的传热性能，采用Ansys Fluent 2022软件构建了纳米流体在高炉冷却壁的三维流动与传热模型，冷却壁采用内肋管，传热工质为Al₂O₃/水和CuO/水纳米流体.对比研究了传热工质在不同体积分数（3%～5%）和雷诺数R_e（0～40 000）时对冷却壁流动与传热性能的影响.在研究的模拟条件内，Al₂O₃/水纳米流体对冷却壁高热负荷区的降温效果最好.与水对比，在雷诺数R_e和体积分数分别为5 000和5%时，Al₂O₃/水纳米流体的管壁传热系数提高了41.64%.当5 000e<10 000（弱紊流）时，冷却壁处于快速传热区，冷却壁最高温度下降了13℃.在慢速区10 000e<15 000时（强紊流）,冷却壁最高温度仅下降6℃.当纳米流体处于弱紊流时，导热性能高的纳米颗粒在内肋管内的滞留时间高于强紊流区的，随流体旋转向前流动，二次流强度高于强紊流区.随着R_e数增大，纳米颗粒快速通过内肋管，缩短壁面-颗粒-液体分子的导热和对流换热时间.因此，在较低雷诺数下，采用内肋管结合纳米流体的方法有利于增强高热负荷区冷却壁的综合传热性能，达到节能的目的.

关键词

高炉冷却壁 / 高热负荷区 / 纳米流体 / 内肋管 / 强化传热