1。2 脉动流换热研究文献综述

1。2。1 国内研究现状

1。2。2 国外研究现状

1。3 脉动流换热机理认识

对于脉动流换热的研究已经经历很多年，对其强化换热机理仍在不断深化。对目

前的文献进行总结，现有脉动换热机理如表 1-1 所示。

表 1-1 脉动流强化换热机理

序号 脉动流强化传热机理名称

1 充分湍流条件过渡区

2 声流

3 入口效应

4 减薄边界层

5 半稳态流动

6 增加湍流强度

7 回流伴随附加对流

就物理本质而言，当流体处于层流流动时，由于流体的各流层不发生相互掺混， 就导致在径向的热量只能在流体中通过导热进行传递，传热性能比较低。当层流流动 中加入脉动流之后，使得管内流体的动量在轴向和径向都得到了增加，径向速度导致 流体微团沿径向发生掺混，而轴向流速叠加在主流流速上使得湍流度增强，从而强化 了管内流动换热。

Karamercan[29]和Limlech[14]等通过实验结果表明：在层流-湍流过渡流流态下，脉 动换热的效果最为显著，他们发现脉动对换热的增强与水力空化现象紧密关联，并且 发现在出现“往复流”的情况下，压力呈现高低振荡，空化效果会明显增强。有趣的 是：水力空化对换热和除垢都非常有利。由于脉动系统的压力大幅度波动，常导致水 力空化现象的发生。水力空化强化传热的机理和空泡溃灭产生微射流和冲击波效应紧

密关联，冲击波对流体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 混合和湍动。淮秀兰和李虹霞等[11]对水力空化强化传热的效果进行了研究。她们研究 发现：水力空化引起的冲击波，对热边界层温度梯度的造成很大影响，空化作用时加 热器的表面传热系数明显大于无水力空化作用时加热器的表面传热系数。水流流量会 对水力空化效应产生很大影响。目前，水力空化对强化换热的具体影响缺乏非常清晰 的认识。

对于管内旺盛湍流流动，在进入稳定段后，主要由湍流核心区和极薄的层流底层 区组成。目前对管内湍流换热的机理认识，主要还是着眼于脉动流对层流底层的影响 层面，使其进一步减薄，拉平管道中心主流流体的径向温度梯度，从而增大管壁处流 体的径向温度梯度，即可实现管内湍流换热进的强化。但这一认识仍缺乏确信的实验

证明。另一种观点则认为，脉动对管内旺盛湍流换热影响很小，甚至会有削弱作用。 这是由于旺盛湍流区湍流度已经很高，在加入脉动之后，所产生的脉动压力和脉动速 度对轴向和径向流体的掺混影响较小。

近年来，场协同理论也使脉动换热机理的认识得以深化，脉动使垂直于换热壁面 方向上流体掺混得以加强，温度梯度场和速度场之间的协同性得一改善。清华大学俞 接成和李志信等[9]通过模拟方法研究认为：当圆管内存在环肋时，脉动流可以使换热 得以显著强化，脉动流动对换热的强化存在最佳频率，针对环肋通道，他们具体分析 了不同脉动条件温度场和速度场的协同特性对换热的影响。Greiner[30]、Jin D。X。、钟英杰[1]和李思文等针对加热壁面三角微槽板的脉动换热效果进行了深入研究，结果表明，文献综述

与稳定流动相比，三角微槽板脉动流的强化传热效果非常显著，这一研究发现已得以 公认。他们对槽道内的旋涡特性进行了PIV可视化研究，观察发现：当Re为300-900时， 在恒定流情况下三角槽内的旋涡是滞止的，与主流基本无相互作用的；但在脉动流下， 由于压力的波动，三角槽内的旋涡不再是滞止的，经历了生成、成长、扩展和脱落的 循环过程, 槽内被加热的流体能够及时被主流流体替换，促进了主流流体与三角槽内 流体的掺混, 从而增强了流体与换热面之间的热量交换。他们的研究也发现：在不同 脉动频率下, 流场内涡的变化规律不同, 存在一个使传热效果最佳的脉动频率, 在此 脉动频率下, 涡有足够的时间在槽内发展, 在碰撞到壁面以前能够充分扩张, 并及时 脱落进主流。当频率过高时，槽道内的涡來不及充分发展就迅速脱落, 导致槽内流体 和主流流体没有效掺混，导致换热效果不佳。