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圆管流道内可压缩交变流动传热特性分析

张玙  
【摘要】:交变流动是热声热机以及脉管制冷机的重要基本特征之一。在交变流动中,流体往复运动,周期性的流经传热表面并与之换热,这使其流动和传热过程呈现出与通常单一方向流动显著不同的特点。深入研究交变流的流动和传热特点对于深化理解热声热机以及脉管制冷机等的工作机理,提升相应的设计能力具有重要意义。本文针对现有管内可压缩交变流研究存在的不足,具体在以下几个方面开展了研究工作: 1.管内可压缩交变流动传热相似准则体系分析基于可压缩黏性流体非定常流动的一般控制方程,推导了描述管内可压缩交变流动传热现象的相似准则体系。 2.数学模型分析与验证针对管内交变流建立相应的数学模型,并分析和验证了模型的有效性。 3.管内可压缩交变流流动入口段长度和传热入口段长度研究根据管内可压缩流体交变流动与传热的时空分布特点,提出描述流动和传热发展情况的评价指标CHD和CTD,并通过数值计算初步验证了该评价指标的有效性。 4.管内可压缩交变流速度环状效应的定量化研究根据截面速度分布的斜率变化给出管内交变流动速度环状效应的定义,分析得出速度环状效应最为显著的相位,并在此基础上提出了速度环状效应的定量评价指标CVAE。利用该评价指标对管内交变流的速度环状效应随无量纲参数的变化规律进行了定量分析。 5.管内可压缩交变流动传热特性表征采用多阶努塞尔数表征管内交变流动传热性能,并重点关注第0阶努塞尔数Nuo(时均努塞尔数)随着相似准则的变化规律。 6.管内可压缩交变流动传热实验系统根据相似原理将实验台建立在易于测量的常温常压条件下,确定了实验方案,并完成相应的结构设计。目前初步完成交变流发生装置的搭建。


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