Helmholtz共振的機(jī)理研究及應(yīng)用.pdf

1、換熱器是廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。為了節(jié)能降耗必須開發(fā)出適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。本課題將Helmholtz共振腔所產(chǎn)生的自激振蕩脈沖射流引入換熱器以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱。這是一種嶄新的強(qiáng)化換熱技術(shù)，流體脈動(dòng)能夠造成換熱器全程的換熱強(qiáng)化，而且自激振蕩脈沖射流強(qiáng)化換熱技術(shù)本身是一種無功強(qiáng)化的方法，無需輸入外部能量來產(chǎn)生擾動(dòng)。 本文首先介紹了Helmholtz共振腔產(chǎn)生

2、自激振蕩以及強(qiáng)化換熱的機(jī)理。當(dāng)前噴嘴流束中的不穩(wěn)定擾動(dòng)波在穿過腔內(nèi)的剪切層時(shí)，剪切層對其有選擇放大作用，形成渦環(huán)結(jié)構(gòu)，剪切流動(dòng)中渦環(huán)與碰撞壁撞擊，在碰撞區(qū)域產(chǎn)生壓力擾動(dòng)波并向上游反射，在上游剪切層分離處誘發(fā)新的擾動(dòng)的產(chǎn)生，當(dāng)新擾動(dòng)與原擾動(dòng)匹配時(shí)，射流上游就被不斷地受到周期性激勵(lì)，腔內(nèi)就產(chǎn)生流體自激振蕩并在后噴嘴出口形成脈沖射流。將自激振蕩脈沖射流引入換熱器后，流體的脈動(dòng)導(dǎo)致了壁面處旋渦的大量生成，增加了流體的摻混，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱的目的。

3、 在Helmholtz共振腔的設(shè)計(jì)一章中，首先介紹了流體網(wǎng)絡(luò)理論的基本知識，然后根據(jù)流通網(wǎng)絡(luò)理論的相關(guān)知識推導(dǎo)了計(jì)算腔室的固有頻率公式，并由此公式計(jì)算了本課題所使用的Helmholtz共振腔的固有頻率，然后根據(jù)腔室的固有頻率公式計(jì)算了有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后綜合考慮影響自激振蕩的各種因素設(shè)計(jì)了Helmholtz共振腔。 最后，本文運(yùn)用設(shè)計(jì)的Helmholtz共振腔進(jìn)行了自激振蕩脈沖射流強(qiáng)化換熱的實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：對于本課題

4、設(shè)計(jì)的Helmholtz共振腔，只要配合以適當(dāng)?shù)乃?shù)，就可以產(chǎn)生自激振蕩脈沖射流。對于同一結(jié)構(gòu)的Helmholtz共振腔，水力參數(shù)不同，所產(chǎn)生的自激振蕩脈沖射流的強(qiáng)弱也不相同。將Helmholtz共振腔產(chǎn)生的自激振蕩脈沖射流引入換熱器后，當(dāng)自激振蕩的強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，可以強(qiáng)化換熱。不同的自激振蕩強(qiáng)度，強(qiáng)化換熱的效果也不同。對于同一Helmholtz共振腔，不同的出口結(jié)構(gòu)尺寸對于換熱效果的強(qiáng)化的影響不大，但是腔室長度對強(qiáng)化比的影響卻