平板壁面射流中壁面激振机理及其对流换热的实验研究

【摘要】：本文主要对具有柔性振动壁面的平板射流的对流传热进行了实验研究。实验采用射流出口高度为1cm,出口下边界与实验用壁面平板相平,基于出口速度的雷诺数分别为Re=10000,8000,5000等三种不同情况。实验通过在壁面一端钩挂不同重量的砝码实现对壁面内部张力的调节,并利用点式红外测温仪,激光位移传感器和热线风速仪等仪器的测量,对于振动壁面传热与射流发展进行描述,主要通过以下几个特性：对流热传递强度,射流流动速度以及其脉动速度变化,而对壁面主要研究其振幅和各点的运动相关性等。结果显示在来流的作用下,传热壁面发生振动,壁面振动位移幅度随拉力减小而增加,壁面上沿流向各点振动位移与参考点位移之间有极强相关性,壁面振动频率随拉力增加而增加。实验根据壁面受到不同拉力情况分为三组,并与纯粹的平板壁面结果对比,发现相对完全静止平板壁面,振动对壁面传热增加明显,当x/Hj5时,随着壁面受拉力减小,st数减小,壁面的局部传热强度减小。在x/Hj=5附近达到最小。而当x/Hj5,随着壁面受拉力减小,st数随之增加,也就是增强了壁面对流换热。同时,沿流向的速度及脉动速度也随着振动发生改变：在x/Hj=5之前,当壁面受到拉力减小时,流向速度增加,流向脉动速度减小,而在x/Hj=5之后,流向速度随着壁面受到拉力的减小而减小,流向脉动速度随壁面拉力的减小而增加。当改变射流出口高度为3cm时,对x/Hj5的位置进行了更加细致的分析,结果显示增加出口高度后,大出口使得壁面整体传热强度加强,不再出现壁面传热系数随拉力减小而减小情况,壁面传热系数随拉力减小而增加：而流场得到了更加精确的结果：射流沿流向位置的发展,流向速度随拉力减小增加,脉动速度则随拉力减小而减小。壁面振动改变了射流流场,尤其是在距离出口较近的位置增大了流向平均速度,脉动速度降低,增加了射流带走热量的能力,进而增强对壁面本身的对流传热。