溝槽尺寸對(duì)環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)及其傳熱特性影響的研究.pdf

1、Taylor-Couette流動(dòng)廣泛存在于高溫泵、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)熱管、數(shù)控機(jī)床等裝置中，研究該流動(dòng)有利于提升旋轉(zhuǎn)機(jī)械性能和機(jī)器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.51206062）資助下，研究了壁面溝槽尺寸對(duì)環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)及其傳熱性能的影響規(guī)律，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　利用 PIV測(cè)試了溝槽數(shù)量為6的模型在不同工況下的流場(chǎng)，初步獲得了溝槽對(duì)環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)及其傳熱特性的影響規(guī)律。采用數(shù)值計(jì)算的方法研究了相同模型內(nèi)的流場(chǎng)分布，

2、通過(guò)PIV實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的可靠性。
　　為掌握溝槽尺寸對(duì)環(huán)隙內(nèi)流場(chǎng)及其傳熱過(guò)程的影響規(guī)律，本文研究了泰勒渦流、波動(dòng)渦流、湍流泰勒渦流三種典型流態(tài)。研究工作分別在等溫工況和不同傳熱工況下進(jìn)行，掌握了溝槽深度對(duì)環(huán)隙內(nèi)流場(chǎng)以及傳熱性能的影響規(guī)律，具體成果如下：
　　1)等溫工況下：泰勒渦流流態(tài)，溝槽深度的改變不影響泰勒渦的軸向尺寸，但在一定范圍內(nèi)增加了環(huán)隙中間區(qū)域流體的徑向速度；波動(dòng)渦流流態(tài)，隨溝槽深度增加

3、，波動(dòng)渦流的振幅和波長(zhǎng)均增大，這表明溝槽深度對(duì)波動(dòng)渦流的軸向尺寸和周向尺寸均有較大影響；湍流泰勒渦流流態(tài)，深寬比為0.75的模型內(nèi)壁面附近流體湍流強(qiáng)度最大。
　　2)非等溫工況下：泰勒渦流流態(tài)，深寬比為0.75模型的內(nèi)圓柱壁面努賽爾數(shù)最大，當(dāng)深寬比大于0.75并繼續(xù)增加時(shí)，環(huán)隙內(nèi)流體的傳熱性能并沒(méi)有得到明顯加強(qiáng)；波動(dòng)渦流流態(tài)，增大內(nèi)外壁面溫度梯度使得波動(dòng)渦流沿軸向的振幅減小而振動(dòng)頻率保持不變；湍流泰勒渦流流態(tài)，深寬比為0.75模型

4、的內(nèi)壁面附近流體湍流強(qiáng)度和外圓柱壁面熱流密度的計(jì)算結(jié)果均高于其他模型的；泰勒渦流流態(tài)和波動(dòng)渦流流態(tài)，隨著內(nèi)外壁面溫度梯度越大，環(huán)隙內(nèi)流體的傳熱過(guò)程對(duì)流場(chǎng)轉(zhuǎn)捩的抑制作用越強(qiáng)。
　　3)對(duì)深寬比為0.75模型內(nèi)流體的傳熱過(guò)程進(jìn)行分析，采用矩陣除的線性方程解法擬合出努賽爾數(shù)、雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)之間的關(guān)系式：0.91360.86330.0283（Re）（Pr）Nu?。
　　綜上所述，本文所研究的四種不同深寬比的模型中，深寬比為0.75