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脉动流场下波壁管内质量传递强化的影响因素分析

林延溥  
【摘要】: 高效低耗的传质传热装置在生物、化工等领域里的反应器以及换热器的设计当中有着非常广泛的应用。如何在较低流速条件下获得较高的质热传递速率便成为应用中的一个突出问题。作为质热传递设备的基本单元,许多研究者对各种二维和三维流路进行了研究。相对于二维流路中定常流、脉动流以及三维流路中的定常流这些已广泛用于工程实践的成熟的研究结果,三维流路中尤其是伴有反向流的脉动流还没有详细的探究。本研究旨在立足前人的研究基础上,拟采用电化学方法和可视化法,通过实验阐明三维波壁管内脉动流动的操作参数对传递特性的影响,特别关注伴有反向流的情况。从而优化传递过程,为工程应用打基础。本文的主要内容如下: 第一章主要对前人的研究成果进行了回顾。并将国内外许多学者的研究进行总结。已有的研究表明在定常流场下二维和三维流路内的研究结果比较成熟,实验结果和数值模拟比较吻合;在脉动流场下,二维流路的研究比较充分,但三维流路的研究成果较少。 第二章主要介绍了测试系统的组成以及本研究中所用的电化学法和流动可视化法的实验设备及实验方法,其中流动可视化采用了通过光控照相机记录下的铝微粒的运动轨迹来显示流动情况的铝尘法,质量传递速率采用电化学方法。 第三章给出了实验结果。通过固定净流动雷诺数Re_s,振动分率P和振动频率St这三个操作参数中的任意两个得出另一参数对质量传递强化因子E的影响。实验结果表明质量传递强化因子E在中等净流动雷诺数下最大,而在较低和较高的净流动雷诺数下则减小;在振动分率P≤1时变化不显著,当P>1时,在本实验的范围内随着P增加而加强;除了中等雷诺数Re_s=154.8之外,同—雷诺数下当振动分率P≤1时随着振动频率St数变化不明显,当P>1时随着St数变化存在一峰值,不同振动分率P下的最佳St数几乎都在0.3~0.5之间。


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