合成射流对管内流动及换热特性的影响

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管内换热在工业生产过程中应用极广，充分发展段的对流换热系数比入口段低很多，故而充分发展段是强化对流换热的主要区域。在众多强化换热措施中，诸如管内插入物、管道内壁面处理等技术手段在增强换热的同时，改变了原有管道流动空间，从而增加了流动阻力；利用电磁激励、管道内表面机械振动等技术手段会受到管内流体性质、管道使用等条件的限制。相对于以上的常规强化换热技术，利用合成射流的主动流动控制和强化传热技术显露出其明显的优势。本文将合成射流激励技术用于强化管内强迫对流换热，采用数值模拟与实验研究的研究方法，通过调节合成射流激励器的参数控制合成射流与管内流体的相互作用，进而揭示基于合成射流主动流动控制的管内强化换热机理。
　　在数值模拟部分，研究了合成射流激励下管内强迫对流的流动特性及换热特性。首先分析了合成射流激励器的非稳态特性对管内流动的影响；其次，分析了主流雷诺数、激励器间距、激励器个数、合成射流入射倾角、激励器相位差、激励器振幅、激励器频率等参数对管内对流换热效果的影响。研究结果表明：合成射流对层流流动的强化换热效果要好于对湍流流动的强化换热效果，主流雷诺数为500时的时均对流换热系数增强比是主流雷诺数为14000时的2.20倍；合成射流激励器强化换热的效果随激励器个数的增加而增强，随激励器间距的增大而减弱，激励器间距为14d时的平均对流换热系数是激励器间距为30d时的1.12倍；合成射流激励器振幅增大，射流出口速度增大，相应的强化换热效果也增强；射流倾角会影响合成射流激励器作用下涡结构的产生和发展，而且涡的大小随射流角度的增加而增大。
　　在实验研究部分，主流雷诺数Re的实验取值范围为1200～13000。实验结果表明：合成射流强化换热的效果在主流为层流时要高于主流为湍流时的强化换热效果。沿程对流换热系数增强比的平均值在主流雷诺数Re=2400时相较主流雷诺数Re=8000时增加了3.58％。在实验范围内，激励器分布个数越多沿程换热系数提高越多，壁面的平均对流换热系数随激励器间距的增加而减小。

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作者
苏洋;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科航空宇航推进理论与工程
授予学位硕士
导师姓名谭晓茗;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类热力学、传热;航空发动机气体力学;
关键词
合成射流; 管内流动; 强化换热; 主动流动控制; 数值模拟;

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