【摘要】：射流沖擊換熱是一種非常有效的強化傳熱方法。周期性脈動的射流可有效地強化沖擊傳熱,而同軸射流由于中心射流與環(huán)流的交互作用,對流動與傳熱都會產(chǎn)生重要影響,本文將這兩個因素綜合考慮,創(chuàng)新性地對非穩(wěn)態(tài)周期性同軸射流沖擊傳熱進行了實驗和模擬的研究,取得了一些初步的結(jié)果。在已有的實驗平臺上開展了實驗研究。實驗過程中采用了三種具有不同直徑比d/D和內(nèi)套管長度的同軸噴嘴,其它參數(shù)還包括雷諾數(shù)、沖擊高度以及周期性脈動的波形。實驗表明,穩(wěn)態(tài)的同軸射流沖擊傳熱時,較小雷諾數(shù)下同軸射流對沖擊傳熱的強化效應(yīng)更顯著,較低沖擊高度時整體強化換熱效果更好。駐點處,直徑比d/D較大、同軸套管較長的B型噴嘴強化傳熱效果最佳,但遠離駐點時無明顯優(yōu)勢。非穩(wěn)態(tài)沖擊傳熱實驗中,采用了矩形、三角和正弦三種波形,由于矩形脈動強烈的沖擊效應(yīng),其換熱效果顯著優(yōu)于三角和正弦脈動。頻率增加能顯著改善傳熱效果。同軸射流主要影響駐點附近的傳熱,而射流脈動能影響整個沖擊平板。同軸脈動射流得以強化換熱是這兩種效應(yīng)耦合的結(jié)果,但脈動沖擊起的作用更大。在流場模擬中,相比同軸套管的長度,直徑比是影響流場進而影響傳熱特性的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。直徑比越大,中心射流速度越比環(huán)形射流速度高,出口速度場雙峰也越局限于出口附近。在穩(wěn)態(tài)傳熱模擬中,沖擊傳熱特性與速度場密切相關(guān),在沖擊駐點附近的傳熱Nu數(shù)受直徑比影響很大。隨著沖擊高度和離開駐點徑向距離的增加,沖擊傳熱性能與直徑比之間的依變關(guān)系弱化。本文最后對矩形波脈動的非穩(wěn)態(tài)沖擊傳熱特性開展了初步的模擬探索。對于較小直徑比的同軸射流,提高雷諾數(shù)和矩形波頻率不一定利于強化換熱;而對于較大直徑比的情況,這兩種方法能有效提高駐點附近的Nu數(shù)。不論同軸射流還是圓柱射流,沖擊高度較高時換熱均勻性都變得更好。
【圖文】：

源危機再次加速了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展［１］。沖擊射流是單相流中，傳熱效率非常高的逡逑一種，尤其在噴嘴與沖擊平板間距較近時優(yōu)勢尤其突出，因此得以廣泛應(yīng)用于逡逑各種加工工藝和設(shè)備中，如渦輪機葉片的冷卻，紙張的干燥，熔爐的加熱，玻逡逑璃和金屬板的控溫，電子芯片的冷卻和食品加工工藝等［２’３］。如圖１．１，列舉了沖逡逑擊射流應(yīng)用于工業(yè)上的幾個例子。逡逑

隨著電子、汽車、飛機等高端制造行業(yè)同行競爭加劇，誰效率高，能耗少，逡逑成本低，誰就能獲得更多的利潤和更大的市場份額。這就對沖擊射流強化傳熱逡逑的研究提出了更高要求，極大促進了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，圖１．２為沖擊射流的一逡逑些常見應(yīng)用實例。逡逑ＩV矗�，j…逡逑－－＾ＡａＺＬ－．ｖ－ｒ－逡逑３＼ｎｔｔ逡逑（ａ）計算機空氣射流沖擊（ｂ）計算機水射流沖擊逡逑圖１．２射流沖擊在電子行業(yè)的應(yīng)用逡逑１．２沖擊射流研究現(xiàn)狀逡逑近來，針對沖擊射流的不論是理論方面、實驗方面還是數(shù)值模擬方面的研逡逑宄都層出不窮，取得了喜人的進展。研究方法也有了巨大的創(chuàng)新和深入的發(fā)展。逡逑理論分析的成果具有引導(dǎo)作用，是實驗研宄和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，但理論分析通逡逑常理想化實際問題為一個簡化模型，，而多數(shù)流動問題的控制方程是非線性的，逡逑不能很好應(yīng)用到實際情況中，因此目前針對沖擊射流的理論研究較少，多集中逡逑在實驗研宄和數(shù)值模擬兩方面。逡逑１．２．１沖擊射流實驗研究現(xiàn)狀逡逑對射流沖擊的研究來說，十分重要的一環(huán)就是實驗。射流沖擊的一些傳熱逡逑機理至今仍未得到充分、合理的解釋
【學(xué)位授予單位】：中國計量大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK124

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