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原文传递往复脉动流强化换热实验研究

论文题名：	往复脉动流强化换热实验研究
关键词：	往复脉动流;换热设备;船舶能效;稳态流
摘要：	近年来，随着船舶能效设计指数的推广，船用设备的节能日益受到关注，换热设备的传热强化问题已越来越引起重视。本文以此作为研究背景，采用实验研究的方法，对脉动流强化换热问题开展了深入研究。实验系统脉动源采用往复泵，工质为水，流动状态是层流或过渡流工况，雷诺数范围在2000≤Re≤9000范围。　　首先，搭建了的脉动流强化换热实验台架，探究了不同表面结构、不同脉动参数变量(脉动频率和脉动振幅)与换热效果的关系。实验中，数据采集系统可对脉动流参数的精确控制和数据的实时采集、存储，并且自行设计了满足脉动频率和振幅要求的往复泵。热沉室设计采用三层结构，包括加热铜块、热沉室盖板和热沉室底座，加热铜块表面分别加工为平板流道和周期性矩形凹槽流道。　　实验研究发现：1.在矩形平板通道中，Re=2406、A=0.12Mpa、f=1.08Hz工况下，换热效果比稳态流下提高了160％；在周期性变化的矩形凹槽通道中，Re=2406、A=0.12Mpa、f=1.08Hz工况下，换热效果比稳态流下提高了200%;2.在相同雷诺数和脉动振幅条件下，随着脉动频率的变化，对流换热性能呈现逐渐减小或者先增大后减小的态势，存在一个最佳脉动频率；在实验工况范围内，脉动振幅与对流换热强化效果正相关；3.周期性凹槽通道的整体换热性能要优于平板通道。上述结果表明：在层流和脉动流态下，脉动流可有效强化对流换热性能。　　然后，针对板式换热器，研究了脉动流和稳态流下的换热性能对比，探究了脉动振幅、脉动频率与其换热特性之间的关系。实验结果表明，随着雷诺数的增大，无论稳态流动或是脉动流动下板式换热器的总传热系数呈现增大的现象，换热增强因子呈现逐渐降低的态势，这与热沉室实验中得到的规律基本相同；同时，在各雷诺数条件下，随着脉动频率的增大，换热增强因子出现了先减小后增大的现象，最低值出现在脉动频率f=0.66Hz附近，换热增强因子的最大值为1.598，出现在雷诺数Re=3774、脉动频率f=0.55Hz附近。
作者：	丁玉鑫
专业：	船舶与海洋工程
导师：	周根明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文