若干非稳态射流冲击换热的实验研究及数值模拟

摘要

射流冲击强化传热技术因具有极高的局部传热能力,被认为是未来解决局部高热流密度冷却的首选技术之一,而与传统的稳态射流相比,非稳态射流能够很好的破坏射流的边界层,因此具有潜在强化换热的能力。本文通过实验研究和数值模拟相结合的方法,对几种常见的非稳态射流冲击进行初步研究。
　　首先,对整体实验系统进行了设计,由硬件系统和软件系统两部分组成,其中硬件包括气源及管路系统,流量测量及控制系统,加热及温度测量系统,实验台框架等;软件包括换热板温度采集系统,导热损失测量系统,信号发生器控制系统等。
　　其次,在所搭建的实验平台上进行周期性射流冲击换热实验,分析了波形变化规律,频率和冲击高度等因素对Nu数的影响。实验研究表明,具有阶跃变化的矩形射流信号能够获得较好的换热效果,且射流向下跳变在强化换热中起着主导作用。与稳态射流相比,各种周期性射流均存在一个强化换热的频率阈值,大于该频率阈值时,换热效果增强,反之削弱。
　　最后,对突扩膨胀喷嘴射流和带相差的单排喷嘴射流进行了冲击换热的数值模拟。对于突扩膨胀喷嘴射流,分析了膨胀比,高度和雷诺数对换热效果的影响,研究表明与直喷嘴进行对比,膨胀喷嘴射流使得整个换热板的平均冷却效果更加均匀,且当膨胀比E为4、5时,平板径向远端的换热效果得到增强。对于单排带相差的射流,分析了不同的相差排列方式、相差大小和频率等因素对换热效果的影响,分析得出在频率较高,相差大小为120o时,相差按照顺序的排列方式下,换热效果最佳。

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图和附表清单

1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 射流冲击的理论基础

2.1 射流冲击的定义

2.2 射流的分类

2.3 射流冲击的流动特性

2.4 射流冲击的特点及与平行流动的区别

2.5 本文所研究的非稳态射流分类

2.6 本章小结

3 实验系统与装置

3.1 实验系统设计

3.2 硬件系统设计

3.3 软件系统

3.4 本章小结

4 非稳态射流冲击换热的实验研究

4.1 实验基本原理

4.2 实验前测试工作

4.3 实验步骤

4.4 周期性射流冲击实验结果

4.5 本章小结

5 非稳态射流冲击换热的数值模拟

5.1 Fluent软件简介

5.2 突扩膨胀喷嘴射流冲击换热的数值模拟

5.3 带相差的单排喷嘴射流冲击换热的数值模拟

5.4 本章小结

6 全文总结及展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

作者简介