脉动系统研究现状

菜单

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。86822

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）。论文网

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。

在脉动流强化换热的研究上，国内总体上仍与国外差距很大。近三十年来，国际上很多课题组做了大量深入的工作。

Richardson等人[7]发现脉动流速度存在“环形效应”，脉动传热开始引起关注。1954年，Havemainn等[8]的“脉动流传热(HeatTransferin Pulsating Flow)”的研究论文发表在Nature上，其实验结果表明：传热性能会随着频率、幅值、波形及流动雷诺数的变化而变化，Nu最大可提高30％；并且存在一个极限频率，高于该频率就能强化传热，反之就弱化传热。

Limlich[9]对脉动流换热作出了里程碑的贡献，正如前面所述，他的研究发现了“空化效应”和“往复流效应”对脉动传热的显著影响。其研究主要针对层流和过渡流工况，Limlich和Armour等[10]利用脉动来研究脉动流对汽水换热器换热性能的影响，控制脉动频率从0。5Hz变化到3。3Hz，雷诺数从500变化到5000。结果表明：当脉动发生器安装在上游的情形下，总换热系数提高80%；当脉动发生器安装在下游的情形下，总换热系数减小。Lemlich和Hwu等[11]研究了声振动对同轴汽气换热器强迫对流换热性能的影响。脉动源是一个通过音频放大器驱动正弦音频发生器变化产生脉动信号的装置，其被安装在换热器入口上游，产生的脉动频率分别为198Hz、256Hz、322Hz，雷诺数从560变化到5900。结果显示：在层流区域Nu有51%的提高。