1. 研究目的与意义（文献综述）

换热器作为工业生产中进行热交换操作的通用设备，广泛应用于各工业部门中生产中。近些年来，随着科学技术的发展，换热器的新型强化传热技术逐渐得到越来越多研究者的青睐。^[1]但低传热性能的换热工质如水、矿物油、乙二醇^[2]、[3]等已成为目前开发新一代高效换热器的主要障碍^[4]，而纳米流体的高导热性恰好可以弥补这一缺陷^[5]。

随着社会各界认识到了纳米流体的优势，研究者纷纷对其进行了大量的财力投入和研究。^[6]-[9]对于不同情况下的纳米流体强化换热，已经有了大量的数值和实验研究。^[10]、[11]除了经典的宏观计算方法外，基于粒子的研究方法包括蒙特卡洛直接模拟（dsmc）、分子动力学（md）和晶格玻尔兹曼方法(lbm)。^[12]、[13]lbm是一种基于动力学理论的数值模拟流体流动和流体物理建模的有力方法，它已被证明是一种可用于各种复杂流体数值计算的有效工具。^[14]使用lbm的主要好处是编程的简单性、计算的局部性和自然的并行性。^[15]-[17]

国外众多学者对lbm方法以及纳米流体的研究现状：mohamad and kuzmin使用lbm方法对自然对流问题进行了详细的分析，他们的研究结果验证了lbm方法在数值模拟方面的高效性。^[18] mohammad等人使用lbm方法研究了一个开口腔内部的自然对流现象，他们研究了开口端和闭口端的流动传热现象。^[19] sheikholeslami等人使用lbm方法研究了在磁场作用下，方形冷环与圆形热环之间区域内的自然对流现象，他们的研究结果显示平均努塞尔数是纳米颗粒体积分数和雷诺数的增函数，是哈特曼数的减函数。^[20] bararnia等人采用lbm方法研究了有加热内置板的腔内纳米流体的自然对流现象，他们对不同的内板倾角和长度也进行了试验研究。^[21] zarghami等人使用lbm方法研究纳米流体的传热现象，他们主要研究氧化铜纳米流体和氧化硅纳米流体的体积分数对平面泊肃叶流动和向后台阶流动中传热效率的影响，结果显示 ，在涡流区域，导热系数低的纳米颗粒具有更高的传热效率，而在流域外，导热系数高的纳米颗粒具有更高的传热效率。^[22]yang等人研究了pe=2.5×10⁵时，在蒸馏水中加入铜颗粒对传热速率的影响，研究结果表明在纳米颗粒体积分数为0.25%、0.5%、1.0%时，传热系数分别提升了9.0%、18.3%和37.9%，并得出在纳米颗粒普朗特数较高时强化传热的效果更加明显。^[23] m.boudouh等人研究了铜-水纳米流体体积分数为5mg/l、10mg/l、50mg/l时的沸腾对流换热，研究结果表明，在纳米流体体积分数为50mg/1时，传热速率提升了2.7%。并且由于流体表面和内部之间存在温度差异，沸腾起始速度也得到提升。^[24]peyghambarzadeh等人在汽车散热器中研究了体积分数为0.65%时氧化铁-水纳米流体体积分数对传热速率的影响，与蒸馏水相比，纳米流体的传热速率提升了9%。此外，与蒸馏水相比，纳米流体的应用使得液体以较低的温度从散热器中流出，空气也得以更暖。^[25]

2. 研究的基本内容与方案

2．1研究内容

换热器作为广泛应用于各工业生产中进行换热的主要设备，其换热能力强化的研究吸引了研究者的注意力。随着研究的不断深入，换热工质的传热性能逐渐称为影响换热器换热性能的主要因素。本文主要研究纳米流体管内流动传热的数学物理模型建立、纳米流体管内流动传热的lbm数值模拟、纳米颗粒对纳米流体管内流动传热的影响等。

2．2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告。 （第1-3周）

（2）学习openlb软件以及计算过程所需代码，搜集螺杆压缩机型线相关参数，完成对管内纳米流体流动传热的数学物理模型的建立。 （第4-5周）

（3）学习lbm相关基础知识及软件的使用方法。 （第6-8周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 林文珠，曹嘉豪，方晓明，等.管壳式换热器强化传热研究进展[j].化工进展，2018，37（4）：1276-1286.

[2] 吴金星，曹玉春，李泽．纳米流体技术研究现状与应用前景[j]．化工新型材料，2009，36(10)：10-12．

[3] kang s w，wei wc，tsai s h．experimentalinvestigation ofnanofluids on sintered heat pipe thermal performance[j]．appliedthermal engineering，2009，29(5):973-979．