脉动冷却系统的实验研究experimentalstudyonpulsecoolingsystem(附件)【字数：1526
摘 要摘 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。往届实验研究表明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，在板式换热器实验中，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；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。关键词 脉动流;强化换热;换热器;
目录
第一章 绪论
1.1 课题选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 脉动系统研究现状
1.2.2 脉动源研究进展概述
1.2.2.1 自激励脉动源
1.2.2.2 强制脉动源
1.3强化传热的途径
1.3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
增加传热面积A
1.3.2增大平均传热温差
1.3.3提高总传热系数K
1.4 流体脉动强化换热机理的认识
1.5 流体脉动强化换热特性影响参数
1.6 课题研究的主要内容
第二章 实验方案设计及设备选型
2.1 实验参数设定
2.2 双路开式实验装置
2.3设备选型
2.3.1 板式换热器
2.3.2 加热器
2.3.3 脉动源部件
2.3.4 测量部件
2.3.4.1 温度测量
2.3.4.2进出口压力测量
2.3.4.3流量测量
第三章 实验方法及误差分析
3.1 实验计算方法
3.2 实验步骤
第四章 实验结果分析
4.1 不同雷诺数下换热结果分析
4.2 不同脉动频率下换热结果分析
第五章 实验总结
全文总结与展望
致谢
参考文献
第一章 绪论
1.1 课题选题背景及意义
近年来，由于现代科技的高速发展，无论是在化工、动力、采矿、石油、锅炉等工程领域，还是在航天、电子、核技术等高科技领域，都不可避免的涉及到热量的交换问题。在能源的开发利用中，热量传递现象更为普遍，应运而生的强化换热技术便得到发展而且十分活跃。强化换热的研究始终有着明确的目标和广泛的应用背景，一大批研究成果的商业化带来了显著的经济利益和社会利益。由于科学技术的飞速发展和能源的严重短缺，不断向强化传热提出新的要求，因此强化传热的广度和深度日益发展并向新的领域渗透。
作为强化传热技术的一个分支，脉动流技术在换热设备中的应用受到关注。就目前来看，船舶行业还没有应用脉动流对换热设备进行强化换热。在国外，近十年来，美国能源部为解决高热流密度器件的冷却问题，在脉动技术的研发和产品化方面投入了大量经费，ACT公司研究表明[1]，脉动频率位于20Hz时，脉动系统可实现1300W/cm2散热热流密度，而同样尺寸的铜/水热管的散热器能力只能达到40W/cm2。俄罗斯摩尔多瓦大学[2]对脉动装置也进行了长期而深入的研究。他们研发了以限流阀和隔膜泵为脉动源的换热系统，目前已广泛应用于采暖、柴油机废热回收等领域。
脉动流在提高设备换热性能的效果，因此独特的优越性，受到了国内外广泛的关注，并且在工业生产及日常生活中具有广泛的应用前景。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 脉动系统研究现状
随着脉动强化换热研究的深入，国内外形成了一些比较具有代表性的课题组针对各自领域展开着深入的研究。
重庆大学曾丹苓课题组[3]（高华，黄双的论文）也对脉动流强化换热进行了模拟和实验研究，其脉动源采用Helmholtz自激振荡腔。将 Helmholtz共振腔产生的自激振荡脉冲射流引入换热器，当自激振荡的强度达到一定程度后，就能够强化换热器的性能。流体的脉动导致了壁面处旋涡的大量生成，增加了流体的掺混。不同的振荡强度，强化换热的效果也不同，存在一个最佳强度，此时的强化换热效果最好，可以将表面换热系数提高30%左右。
清华大学的李志信和俞接成课题组[4]，与香港科技大学合作，系统研究了脉动流和壁面振动对流动换热的强化。他们主要采用深入的理论分析和数值模拟方法，并与文献中实验结果对比。其研究发现：在层流流动下，脉冲流并不会强化光滑圆管表面的换热性能，但对带内肋环的圆管内流动换热却有很好的强化作用。在此基础上，他们应用数值模拟方法，研究了空气低速绕流振动圆柱的对流换热强化问题，发现对于一定的Re数，圆柱在振动时可显著强化换热，最大可强化900%。当雷诺数相同时，换热的强化与振幅和振动频率成正比。但在他们的研究中，并没有考虑到脉动流实验中常见的空化效应问题（由于压力脉动引起）。
针对化工领域常用的管壳式换热器，工质是高粘性流体，流动工况是层流，中国石油大学的仇性启课题组[5]将脉动流换热性能的强化应用于工业领域。其脉动源采用自激振荡腔体，通过理论模拟和实验方法，他们发现剪切层的不稳定性是形成自激振荡的决定因素。自激振荡腔体在一定的结构参数和运行参数下，能产生脉动流体，使换热器的传热系数K明显增大，与稳态相比，脉动流对其换热性能的提升最大可达到30%左右，而流动阻力增加了约20%左右。
针对脉动流空化效应，中科院的李虹霞和淮秀兰[6]进行了探索，他们深入研究了将空化效应对换热和结垢的影响。通过可视化方法发现：水力空化发生时，空泡溃灭产生微射流和冲击波，这些强大的冲击作用对液体本身产生强大的机械搅拌作用，导致液体的强烈扰动，引起液体的良好循环、混合和湍动，从而强化了表面的换热性能。实验中流动工况为湍流。
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第一章 绪论
1.1 课题选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 脉动系统研究现状
1.2.2 脉动源研究进展概述
1.2.2.1 自激励脉动源
1.2.2.2 强制脉动源
1.3强化传热的途径
1.3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
增加传热面积A
1.3.2增大平均传热温差
1.3.3提高总传热系数K
1.4 流体脉动强化换热机理的认识
1.5 流体脉动强化换热特性影响参数
1.6 课题研究的主要内容
第二章 实验方案设计及设备选型
2.1 实验参数设定
2.2 双路开式实验装置
2.3设备选型
2.3.1 板式换热器
2.3.2 加热器
2.3.3 脉动源部件
2.3.4 测量部件
2.3.4.1 温度测量
2.3.4.2进出口压力测量
2.3.4.3流量测量
第三章 实验方法及误差分析
3.1 实验计算方法
3.2 实验步骤
第四章 实验结果分析
4.1 不同雷诺数下换热结果分析
4.2 不同脉动频率下换热结果分析
第五章 实验总结
全文总结与展望
致谢
参考文献
第一章 绪论
1.1 课题选题背景及意义
近年来，由于现代科技的高速发展，无论是在化工、动力、采矿、石油、锅炉等工程领域，还是在航天、电子、核技术等高科技领域，都不可避免的涉及到热量的交换问题。在能源的开发利用中，热量传递现象更为普遍，应运而生的强化换热技术便得到发展而且十分活跃。强化换热的研究始终有着明确的目标和广泛的应用背景，一大批研究成果的商业化带来了显著的经济利益和社会利益。由于科学技术的飞速发展和能源的严重短缺，不断向强化传热提出新的要求，因此强化传热的广度和深度日益发展并向新的领域渗透。
作为强化传热技术的一个分支，脉动流技术在换热设备中的应用受到关注。就目前来看，船舶行业还没有应用脉动流对换热设备进行强化换热。在国外，近十年来，美国能源部为解决高热流密度器件的冷却问题，在脉动技术的研发和产品化方面投入了大量经费，ACT公司研究表明[1]，脉动频率位于20Hz时，脉动系统可实现1300W/cm2散热热流密度，而同样尺寸的铜/水热管的散热器能力只能达到40W/cm2。俄罗斯摩尔多瓦大学[2]对脉动装置也进行了长期而深入的研究。他们研发了以限流阀和隔膜泵为脉动源的换热系统，目前已广泛应用于采暖、柴油机废热回收等领域。
脉动流在提高设备换热性能的效果，因此独特的优越性，受到了国内外广泛的关注，并且在工业生产及日常生活中具有广泛的应用前景。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 脉动系统研究现状
随着脉动强化换热研究的深入，国内外形成了一些比较具有代表性的课题组针对各自领域展开着深入的研究。
重庆大学曾丹苓课题组[3]（高华，黄双的论文）也对脉动流强化换热进行了模拟和实验研究，其脉动源采用Helmholtz自激振荡腔。将 Helmholtz共振腔产生的自激振荡脉冲射流引入换热器，当自激振荡的强度达到一定程度后，就能够强化换热器的性能。流体的脉动导致了壁面处旋涡的大量生成，增加了流体的掺混。不同的振荡强度，强化换热的效果也不同，存在一个最佳强度，此时的强化换热效果最好，可以将表面换热系数提高30%左右。
清华大学的李志信和俞接成课题组[4]，与香港科技大学合作，系统研究了脉动流和壁面振动对流动换热的强化。他们主要采用深入的理论分析和数值模拟方法，并与文献中实验结果对比。其研究发现：在层流流动下，脉冲流并不会强化光滑圆管表面的换热性能，但对带内肋环的圆管内流动换热却有很好的强化作用。在此基础上，他们应用数值模拟方法，研究了空气低速绕流振动圆柱的对流换热强化问题，发现对于一定的Re数，圆柱在振动时可显著强化换热，最大可强化900%。当雷诺数相同时，换热的强化与振幅和振动频率成正比。但在他们的研究中，并没有考虑到脉动流实验中常见的空化效应问题（由于压力脉动引起）。
针对化工领域常用的管壳式换热器，工质是高粘性流体，流动工况是层流，中国石油大学的仇性启课题组[5]将脉动流换热性能的强化应用于工业领域。其脉动源采用自激振荡腔体，通过理论模拟和实验方法，他们发现剪切层的不稳定性是形成自激振荡的决定因素。自激振荡腔体在一定的结构参数和运行参数下，能产生脉动流体，使换热器的传热系数K明显增大，与稳态相比，脉动流对其换热性能的提升最大可达到30%左右，而流动阻力增加了约20%左右。
针对脉动流空化效应，中科院的李虹霞和淮秀兰[6]进行了探索，他们深入研究了将空化效应对换热和结垢的影响。通过可视化方法发现：水力空化发生时，空泡溃灭产生微射流和冲击波，这些强大的冲击作用对液体本身产生强大的机械搅拌作用，导致液体的强烈扰动，引起液体的良好循环、混合和湍动，从而强化了表面的换热性能。实验中流动工况为湍流。
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