斯特林機管內(nèi)振蕩流動與傳熱特性研究.pdf

1、斯特林機作為一種外燃式發(fā)動機具有多熱源的廣泛適應性和優(yōu)良的環(huán)境特性正日益受到人們的重視。振蕩流是斯特林機內(nèi)部工質(zhì)的重要特征之一。精確地分析和預測斯特林機換熱器內(nèi)的振蕩流動和傳熱性能，對于優(yōu)化設計斯特林機而言十分重要。針對斯特林機換熱管內(nèi)振蕩流具有空間狹小、高頻、可壓縮、多變等復雜特性，本文開展了管內(nèi)振蕩流動的理論分析和實驗研究。
　　在現(xiàn)有振蕩流分析研究的基礎上，以雙活塞驅(qū)動管內(nèi)層流振蕩流為研究對象，應用復合函數(shù)理論求解控制方程，

2、得出層流充分發(fā)展下管內(nèi)振蕩流動和傳熱的分析解。
　　采用基于動網(wǎng)格技術的k-ω雙方程湍流模型，數(shù)值求解管內(nèi)振蕩湍流的流動與傳熱特性。數(shù)值結果表明周期內(nèi)不同相位下管內(nèi)截面速度和溫度分布都有著顯著差異，在某些相位下出現(xiàn)“速度環(huán)”和“溫度環(huán)”現(xiàn)象;當管壁加熱溫度恒定時，軸向高溫流體主要位于x=0截面附近。
　　采用熱線技術HWA和相位多普勒技術PDA分別測量不同工況下管內(nèi)流場分布并與分析解、數(shù)值解相對比，表明對于低動態(tài)雷諾數(shù)Reω

3、層流管內(nèi)振蕩流動，實驗值和復合函數(shù)分析解吻合度較高最大偏差低于15％而與湍流模型數(shù)值解偏差較大;相反對于較高Reω數(shù)湍流工況，湍流模型數(shù)值解較為準確偏差小于16.5％而分析解僅能給出定性描述。開展恒定壁面溫度的管內(nèi)振蕩流換熱實驗研究，表明隨著振蕩頻率(Reω)增大管內(nèi)流速增加，流動邊界層和溫度邊界層厚度減小，對流換熱增強，斯特林機熱功轉(zhuǎn)換效率提高。
　　將復合函數(shù)理論和湍流模型數(shù)值法應用于環(huán)形截面管內(nèi)振蕩流，發(fā)現(xiàn)通道外徑與內(nèi)徑比值