脈動流場下波壁流路內(nèi)質(zhì)量傳遞強化機理的實驗研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，熱質(zhì)傳遞過程廣泛地應(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)傳遞強化的研究。二維流路和定常流場下三維流路中的熱質(zhì)傳遞強化已有成熟的研究結(jié)果，并被廣泛用于工程實踐中；而脈動流場下三維流路中的熱質(zhì)傳遞強化還沒有詳盡的研究。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)與流動可視化相結(jié)合的方法，通過實驗來闡明伴有反向流的脈動流場下三維波壁流路內(nèi)的質(zhì)量傳遞強化機理。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，實驗結(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)傳遞過程及強化機理。三維流路的研

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

4、描述了研究成果。首先驗證了定常流場的部分結(jié)論，接著對脈動流場下影響熱質(zhì)傳遞強化效果的凈流動雷諾數(shù)Re<,s>、振動分率P、無因次的振動頻率St數(shù)這三個參數(shù)進行了研究，并提出了振動分率P≥1時的強化機理，即在凈流動雷諾數(shù)接近并超過臨界雷諾數(shù)并伴有反向流的條件下，滿足共振強化的兩個特性，因此，三維管路中也存在共振傳遞強化。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”不可能與流動行為有關(guān)，推測是流體流動與管路的幾何形狀以某種方