本文關鍵詞：溝槽尺寸對環(huán)隙內(nèi)流動及其傳熱特性影響的研究

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【摘要】：Taylor-Couette流動廣泛存在于高溫泵、電機、旋轉(zhuǎn)熱管、數(shù)控機床等裝置中,研究該流動有利于提升旋轉(zhuǎn)機械性能和機器的長期穩(wěn)定運行。本文在國家自然科學基金項目(No.51206062)資助下,研究了壁面溝槽尺寸對環(huán)隙內(nèi)流動及其傳熱性能的影響規(guī)律,本文的主要研究內(nèi)容如下:利用PIV測試了溝槽數(shù)量為6的模型在不同工況下的流場,初步獲得了溝槽對環(huán)隙內(nèi)流動及其傳熱特性的影響規(guī)律。采用數(shù)值計算的方法研究了相同模型內(nèi)的流場分布,通過PIV實驗和模擬結(jié)果的對比驗證了數(shù)值計算方法的可靠性。為掌握溝槽尺寸對環(huán)隙內(nèi)流場及其傳熱過程的影響規(guī)律,本文研究了泰勒渦流、波動渦流、湍流泰勒渦流三種典型流態(tài)。研究工作分別在等溫工況和不同傳熱工況下進行,掌握了溝槽深度對環(huán)隙內(nèi)流場以及傳熱性能的影響規(guī)律,具體成果如下:1)等溫工況下:泰勒渦流流態(tài),溝槽深度的改變不影響泰勒渦的軸向尺寸,但在一定范圍內(nèi)增加了環(huán)隙中間區(qū)域流體的徑向速度;波動渦流流態(tài),隨溝槽深度增加,波動渦流的振幅和波長均增大,這表明溝槽深度對波動渦流的軸向尺寸和周向尺寸均有較大影響;湍流泰勒渦流流態(tài),深寬比為0.75的模型內(nèi)壁面附近流體湍流強度最大。2)非等溫工況下:泰勒渦流流態(tài),深寬比為0.75模型的內(nèi)圓柱壁面努賽爾數(shù)最大,當深寬比大于0.75并繼續(xù)增加時,環(huán)隙內(nèi)流體的傳熱性能并沒有得到明顯加強;波動渦流流態(tài),增大內(nèi)外壁面溫度梯度使得波動渦流沿軸向的振幅減小而振動頻率保持不變;湍流泰勒渦流流態(tài),深寬比為0.75模型的內(nèi)壁面附近流體湍流強度和外圓柱壁面熱流密度的計算結(jié)果均高于其他模型的;泰勒渦流流態(tài)和波動渦流流態(tài),隨著內(nèi)外壁面溫度梯度越大,環(huán)隙內(nèi)流體的傳熱過程對流場轉(zhuǎn)捩的抑制作用越強。3)對深寬比為0.75模型內(nèi)流體的傳熱過程進行分析,采用矩陣除的線性方程解法擬合出努賽爾數(shù)、雷諾數(shù)和普朗特數(shù)之間的關系式:9136.00.8633Nu?0283.0 PrRe)()(。綜上所述,本文所研究的四種不同深寬比的模型中,深寬比為0.75的模型具有最優(yōu)的傳熱效果,溝槽深度在一定范圍內(nèi)能夠強化流體與壁面之間的對流換熱,這一研究對提高旋轉(zhuǎn)機械的散熱性能具有一定意義。
【關鍵詞】：Taylor Couette流動 溝槽壁面 溝槽深寬比 PIV實驗 數(shù)值計算
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 本文研究內(nèi)容15-17
• 第二章 CFD數(shù)值模擬理論基礎17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 控制方程組17-18
• 2.3 湍流理論18-21
• 2.4 網(wǎng)格研究21-22
• 2.5 傳熱設置及邊界條件設置22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第三章 PIV實驗與數(shù)值計算24-48
• 3.1 試驗裝置24-27
• 3.2 試驗過程27-28
• 3.3 試驗結(jié)果分析28-31
• 3.4 數(shù)值模擬驗證31-32
• 3.5 數(shù)值模擬32-35
• 3.6 溝槽尺寸對泰勒渦流的研究及分析35-38
• 3.7 溝槽尺寸對泰勒渦流傳熱特性影響的研究及分析38-47
• 3.8 本章小結(jié)47-48
• 第四章 溝槽尺寸對環(huán)隙內(nèi)流場影響的研究48-56
• 4.1 幾何模型48-49
• 4.2 溝槽尺寸對泰勒渦流的研究及分析49-51
• 4.3 溝槽尺寸對波動渦流流場影響的研究51-53
• 4.4 溝槽尺寸對湍流泰勒渦流流場影響的研究53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 溝槽尺寸對泰勒渦傳熱特性影響的研究56-73
• 5.1 溝槽尺寸對泰勒渦流傳熱特性影響的研究56-58
• 5.2 溝槽尺寸對波動渦流傳熱特性影響的研究58-63
• 5.3 溝槽尺寸對湍流泰勒渦流傳熱特性影響的研究63-66
• 5.4 不同溫度梯度時的計算結(jié)果及分析66-68
• 5.5 Taylor-Couette傳熱特性分析68-72
• 5.6 本章小結(jié)72-73
• 第六章總結(jié)和展望73-75
• 6.1 總結(jié)73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文80

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本文編號：950479