【摘要】：射流沖擊換熱是一種非常有效的強(qiáng)化傳熱方法。周期性脈動(dòng)的射流可有效地強(qiáng)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(duì)流動(dòng)與傳熱都會(huì)產(chǎn)生重要影響,本文將這兩個(gè)因素綜合考慮,創(chuàng)新性地對(duì)非穩(wěn)態(tài)周期性同軸射流沖擊傳熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和模擬的研究,取得了一些初步的結(jié)果。在已有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用了三種具有不同直徑比d/D和內(nèi)套管長(zhǎng)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(dòng)的波形。實(shí)驗(yàn)表明,穩(wěn)態(tài)的同軸射流沖擊傳熱時(shí),較小雷諾數(shù)下同軸射流對(duì)沖擊傳熱的強(qiáng)化效應(yīng)更顯著,較低沖擊高度時(shí)整體強(qiáng)化換熱效果更好。駐點(diǎn)處,直徑比d/D較大、同軸套管較長(zhǎng)的B型噴嘴強(qiáng)化傳熱效果最佳,但遠(yuǎn)離駐點(diǎn)時(shí)無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。非穩(wěn)態(tài)沖擊傳熱實(shí)驗(yàn)中,采用了矩形、三角和正弦三種波形,由于矩形脈動(dòng)強(qiáng)烈的沖擊效應(yīng),其換熱效果顯著優(yōu)于三角和正弦脈動(dòng)。頻率增加能顯著改善傳熱效果。同軸射流主要影響駐點(diǎn)附近的傳熱,而射流脈動(dòng)能影響整個(gè)沖擊平板。同軸脈動(dòng)射流得以強(qiáng)化換熱是這兩種效應(yīng)耦合的結(jié)果,但脈動(dòng)沖擊起的作用更大。在流場(chǎng)模擬中,相比同軸套管的長(zhǎng)度,直徑比是影響流場(chǎng)進(jìn)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(chǎng)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(chǎng)密切相關(guān),在沖擊駐點(diǎn)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(kāi)駐點(diǎn)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(duì)矩形波脈動(dòng)的非穩(wěn)態(tài)沖擊傳熱特性開(kāi)展了初步的模擬探索。對(duì)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(qiáng)化換熱;而對(duì)于較大直徑比的情況,這兩種方法能有效提高駐點(diǎn)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(shí)換熱均勻性都變得更好。
【圖文】：

源危機(jī)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(shí)優(yōu)勢(shì)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(jī)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(gè)例子。逡逑

隨著電子、汽車、飛機(jī)等高端制造行業(yè)同行競(jìng)爭(zhēng)加劇，誰(shuí)效率高，能耗少，逡逑成本低，誰(shuí)就能獲得更多的利潤(rùn)和更大的市場(chǎng)份額。這就對(duì)沖擊射流強(qiáng)化傳熱逡逑的研究提出了更高要求，極大促進(jìn)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(jiàn)應(yīng)用實(shí)例。逡逑ＩV矗�，j…逡逑－－＾ＡａＺＬ－．ｖ－ｒ－逡逑３＼ｎｔｔ逡逑（ａ）計(jì)算機(jī)空氣射流沖擊（ｂ）計(jì)算機(jī)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(lái)，針對(duì)沖擊射流的不論是理論方面、實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)際問(wèn)題為一個(gè)簡(jiǎn)化模型，，而多數(shù)流動(dòng)問(wèn)題的控制方程是非線性的，逡逑不能很好應(yīng)用到實(shí)際情況中，因此目前針對(duì)沖擊射流的理論研究較少，多集中逡逑在實(shí)驗(yàn)研宄和數(shù)值模擬兩方面。逡逑１．２．１沖擊射流實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀逡逑對(duì)射流沖擊的研究來(lái)說(shuō)，十分重要的一環(huán)就是實(shí)驗(yàn)。射流沖擊的一些傳熱逡逑機(jī)理至今仍未得到充分、合理的解釋
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK124

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本文編號(hào)：2686408