脈動(dòng)流場(chǎng)下波壁流路內(nèi)質(zhì)量傳遞強(qiáng)化機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，熱質(zhì)傳遞過(guò)程廣泛地應(yīng)用于生物化工、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。為了滿足節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的需求，研究者更加關(guān)注高效、低耗熱質(zhì)傳遞設(shè)備的研制。然而，在實(shí)際工程應(yīng)用中，熱質(zhì)傳遞往往因系統(tǒng)尺寸、形狀、效率等而受到影響。所以，在最近幾十年內(nèi)，研究者們致力于熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化的研究。二維流路和定常流場(chǎng)下三維流路中的熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化已有成熟的研究結(jié)果，并被廣泛用于工程實(shí)踐中；而脈動(dòng)流場(chǎng)下三維流路中的熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化還沒(méi)有詳盡的研究。因此，在立足于前人

2、研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，本研究擬采用電化學(xué)與流動(dòng)可視化相結(jié)合的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)闡明伴有反向流的脈動(dòng)流場(chǎng)下三維波壁流路內(nèi)的質(zhì)量傳遞強(qiáng)化機(jī)理。為其它三維流路的相關(guān)研究提供理論依據(jù)，從而優(yōu)化傳遞過(guò)程，為工程應(yīng)用打基礎(chǔ)。本文的主要內(nèi)容如下： 第一章回顧了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的成果。熱質(zhì)傳遞的研究分別在二維、三維流路中進(jìn)行?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，二維流路內(nèi)的研究比較成熟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬相吻合，充分揭示了二維流路內(nèi)的熱質(zhì)傳遞過(guò)程及強(qiáng)化機(jī)理。三維流路的研

3、究成果較少，其熱質(zhì)傳遞過(guò)程及強(qiáng)化機(jī)理僅在定常流場(chǎng)下做了充分的研究。而脈動(dòng)流場(chǎng)下的強(qiáng)化機(jī)理仍未明確。 第二章介紹了本研究的測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試原理以及測(cè)試方法。定常流疊加一個(gè)由Scotch-Yoke裝置帶動(dòng)活塞泵而產(chǎn)生的振動(dòng)流形成脈動(dòng)流。電化學(xué)法被用于測(cè)量質(zhì)量傳遞速率，其基本原理是以擴(kuò)散電流的大小來(lái)表征質(zhì)量傳遞速率。鋁塵法被用于流動(dòng)結(jié)構(gòu)的可視化，由光控相機(jī)記錄下來(lái)的鋁粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可以清晰地獲得各種操作條件下的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。 第三章

4、描述了研究成果。首先驗(yàn)證了定常流場(chǎng)的部分結(jié)論，接著對(duì)脈動(dòng)流場(chǎng)下影響熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化效果的凈流動(dòng)雷諾數(shù)Re<,s>、振動(dòng)分率P、無(wú)因次的振動(dòng)頻率St數(shù)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了研究，并提出了振動(dòng)分率P≥1時(shí)的強(qiáng)化機(jī)理，即在凈流動(dòng)雷諾數(shù)接近并超過(guò)臨界雷諾數(shù)并伴有反向流的條件下，滿足共振強(qiáng)化的兩個(gè)特性，因此，三維管路中也存在共振傳遞強(qiáng)化。但由于在三維管路中并不存在周期性的T-S波，故所謂的“共振”不可能與流動(dòng)行為有關(guān)，推測(cè)是流體流動(dòng)與管路的幾何形狀以某種方