流量波动条件下的流动与传热特性研究

论文摘要

本论文对流量周期性变化条件下的流动与传热特性进行了实验研究及理论分析。实验研究主要针对紊流状态的流动,以去离子水为工质,在恒定热流密度加热的竖直实验管段内,通过改变流量波动周期、振幅及平均流量,研究各参数对流动与传热特性的影响。实验结果表明:在流量波动时,压降与速度变化曲线之间存在相位差,且相位差随时均雷诺数变化而变化,波动振幅及周期对相位差没有影响;分析了加速与减速阶段瞬时阻力系数不同的原因,并得到了与无量纲波动频率、振幅及时均雷诺数相关的时均阻力系数的计算公式。对于波动条件下的传热,在Reta<10000时,换热强度随着波动周期增加而减小,在Reta>10000后,换热强度随着波动周期增加而增加;当相对振幅改变时,随着波动幅度增大,换热强度逐渐降低;在波动周期为20s、25s及30s范围内,换热整体处于被减弱的状态,且随着Reta数增大,换热强度逐渐增长;在波动周期为10s、15s时,换热随着Reta数的变化并非线性关系;并利用紊流猝发模型对传热特性进行了分析。理论分析主要针对层流状态的流动,利用N-S方程,通过合理假设,对层流充分发展区内流量波动时的流动及传热特性建立数学模型并进行分析。通过将波动状态的流动分离成恒定流与振荡流的叠加,重点分析了振荡流各参数对流动与传热的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 海洋条件下流动与传热特性研究
• 1.2.2 脉动流流动与传热特性研究
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第2章 实验装置及实验方案
• 2.1 实验回路及测量系统
• 2.1.1 主回路系统
• 2.1.2 辅助系统
• 2.1.3 数据采集系统
• 2.2 实验内容及步骤
• 2.2.1 实验内容
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 参数范围
• 2.4 误差分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统验证及实验现象
• 3.1 内壁及主流温度计算
• 3.2 实验装置验证
• 3.2.1 传热特性验证
• 3.2.2 阻力特性验证
• 3.3 实验现象
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验数据处理及分析
• 4.1 流量波动条件下的流动特性研究
• 4.1.1 波动周期对流动特性的影响
• 4.1.2 波动振幅对流动特性的影响
• 4.1.3 时均雷诺数对流动特性的影响
• 4.1.4 时均阻力系数
• 4.2 流量波动条件下的传热特性研究
• 4.2.1 波动周期对传热特性的影响
• 4.2.2 波动振幅对传热特性的影响
• 4.2.3 时均雷诺数对传热特性的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 层流流量波动对流换热数值分析
• 5.1 充分发展段流动特性
• 5.1.1 速度波动项径向分布
• 5.1.2 速度波动项流动特性
• 5.2 充分发展段传热特性
• 5.2.1 温度波动项径向分布
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢