凹槽通道中脉动流动强化传质的数值研究
三角槽和凹槽通道内层流脉动流动的PIV实验研究的开题报告
三角槽和凹槽通道内层流脉动流动的PIV实验研究
的开题报告
一、研究背景
三角槽和凹槽通道是广泛应用于工程实践中的重要流体管道。
在很多情况下，管道内流动需求的流体质量和速度必须得到严密的控制，并且需要保证流体管道的稳定性，防止出现因流体速度太快而引起的压力波等不稳定现象。
为了实现这些要求，需要对三角槽和凹槽通道内流动的特性和流动模式进行深入的研究。
二、研究目的
本研究旨在通过PIV实验方法研究三角槽和凹槽通道内层流脉动流动的流体特性和流动模式，掌握三角槽和凹槽通道内流动的基本规律，为管道流体的优化设计提供理论和实践依据。
三、研究内容
1. 构建三角槽和凹槽通道实验设备和测试系统；
2. 使用PIV技术对三角槽和凹槽通道内层流脉动流动进行测量；
3. 分析PIV实验数据，研究三角槽和凹槽通道内层流脉动流动的流体特性和流动模式；
4. 将实验结果与模拟结果进行对比分析，验证实验结果的准确性。
四、研究方法
1. 设计实验装置和测量系统；
2. 采用PIV实验方法进行流场测量；
3. 使用数字图像处理技术分析PIV实验数据；
4. 进行统计分析和对比分析。
五、研究预期结果
本研究将获得三角槽和凹槽通道内层流脉动流动的流体特性和流动
模式，进一步完善对三角槽和凹槽通道流动特性的认识。
研究结果将有
助于优化管道设计，提高流体管道的运行效率和稳定性。
六、研究意义
本研究将有助于深入了解三角槽和凹槽通道内层流脉动流动的流体
特性和流动模式，为流体管道的设计、优化和维护提供理论和实践依据。
此外，研究结果对于优化工业流程、提高能源利用效率等具有重要的实
际应用价值。
脉动热管强化传热技术研究进展
脉动热管强化传热技术研究进展张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)021【总页数】7页(P1-7)【关键词】脉动热管; 强化换热; 研究方法【作者】张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦【作者单位】郑州大学化工与能源学院热能系统节能技术与装备教育部工程研究中心郑州450001; 郑州大学土木工程学院郑州450001; 北京建筑大学北京市建筑能源综合高效综合利用工程技术研究中心北京100044【正文语种】中文【中图分类】TK124; TH137换热器作为化工行业的核心设备，提高其换热效率有利于推动系统效能的提升。
在强化换热技术发展过程中，毛细芯式的反重力换热器成为改良重力式和分离式换热器换热高度差这一缺陷的有效途径，但自身的复杂结构和环境适应性差等限制了其走向工业化。
与此同时，脉动热管因其具有结构简单、结构尺寸紧凑、性能稳定、换热高效及普适性强等特性[1]，使其在新能源换热技术、电子设备、微电子热处理、航空航天的深低温技术及核能等领域具有独特的技术优势和广阔的市场前景和经济价值[2—5]。
因此，进一步认识脉动热管的传热机理有助于提升其换热效率。
近年来脉动热管的可视化实验已经对其性能影响因素分析取得了丰硕成果，但强化脉动热管传热机理的研究依然缺乏统一性认识。
本文致力于概括和整理近年来在结构和工质选型方面强化脉动热管传热的研究进展，同时汇总在提高机理认识方面新技术，最后提出目前热管领域存在的问题和技术难点，希望能为脉动热管的优化设计提供有益的借鉴。
1 脉动热管的技术简介脉动热管技术最早由Akachi等提出[6—9]，其结构模型如图1所示，主要包括闭环和开环回路的毛细蛇形结构，分为蒸发段、绝热段和冷凝段。
因其具有结构简单、热响应快、传热高效、性能稳定、价格低廉、无功耗和普适性好的优势和克服传统热管易受黏性、毛细力、飞散以及沸腾制约传热极限等不足的缺点的能力，目前己经在微电子散热、核电站开发、太阳能集热、制冷空调和航空航天等领域展现出良好的应用前景。
矩形和圆形槽道脉动热管传热性能的实验研究
第37卷,总第216期2019年7月,第4期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.216Jul.2019,No.4矩形和圆形槽道脉动热管传热性能的实验研究陈阳阳1,裴圣旺2,陈晓光3,谭建宇1(1.哈尔滨工业大学(威海)新能源学院,山东威海264209;2.北京航天自动控制研究所,北京100039;3.河北宇天材料科技有限公司,河北保定072550)摘要:为了探讨不同截面形状的脉动热管在复杂工况下的传热性能,本文设计了矩形和圆形两种截面形状的脉动热管,采用对比实验的方法探究不同截面形状的脉动热管在水平、竖直工况下,不同功率对其传热性能的影响。
实验结果表明:水平工况下矩形脉动热管表面温度和最大温差均低于圆形管;随着功率负荷增加,两种脉动热管表面温度及最大温差均增大,在高功率区,圆形管最大温差明显高于矩形管;竖直工况相比于水平工况,脉动热管表面温度及最大温差均降低。
因此,矩形脉动热管相比于圆形脉动热管更适合在电子芯片散热领域中应用。
关键词:脉动热管;传热性能;水平工况;变负荷;竖直工况中图分类号:TK018文献标识码:A文章编号:1002-6339(2019)04-0291-05 Experimental Investigation on Heat Transfer Performance of Pulsating Heat Pipeswith Rectangular and Circular ChannelsCHEN Yang-yang1,PEI Sheng-wang2,CHEN Xiao-guang3,TAN Jian-yu1(1.School of New Energy,Harbin Institute of Technology,Weihai264209,China;2.Beijing Aerospace Automatic Control Institute,Beijing100039,China;3.Hebei Yutian Material Technology Co.,Ltd.,Baoding072550,China)Abstract:In order to investigate the heat transfer performance of pulsating heat pipes(PHPs)with differ⁃ent cross-section shapes under complex working conditions,this paper designs two types of PHPs with circular and rectangular cross-sections,using the methods of experiment and comparison to investigate the influence of different power on the heat transfer performance of PHPs with different cross-sections under horizontal and vertical conditions.The experimental results indicated that:the surface temperature and maximum temperature difference of the rectangular PHP are lower than the circular PHP under hori⁃zontal working conditions;as the power load increases,the surface temperature and the maximum temper⁃ature difference of the two PHPs increase,in high power region,the maximum temperature difference of circular PHP is obviously higher than that of rectangular PHP;the vertical working condition is compared with the horizontal working condition,the surface temperature and maximum temperature difference of which both decrease.Therefore,rectangular PHP is more suitable than circular PHP in the field of elec⁃tronic chip heat dissipation.Key words:pulsating heat pipes;heat transfer performance;horizontal condition;variable load;vertical condition收稿日期2019-04-06修订稿日期2019-05-12作者简介:陈阳阳(1994~),男,硕士研究生,主要研究方向为强化传热。
凹槽式叶顶流动换热的数值研究
２ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｐ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ
Ｈ Ｅ Ｌ ｅ ｉ 一，Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ａ ｏ ， Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｑ ｉ ． ｈ ｅ ， ＤＵ Ｃ ｈ ａ ｏ ｈ ｕ ｉ ， Ｚ ＨＵ Ｘ ｉ ａ ｏ ． ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ １ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒ＆Ｄ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ６ １ ２ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
随 间隙高度 的增 大而增加 ； 在 所选的 ４种 湍流模型 中， ｋ － ｔ ＿ Ｏ 模 型是 叶顶换热数值模拟较好 的湍流模型选择 。
关键词 ： 凹槽 式 叶 顶 ； 泄漏流 ； 换 热
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ４ ７ ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ５ ４ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ２ ８ ８ — ０ ６
二维沟槽粗糙槽道内的湍流特性研究
二维沟槽粗糙槽道内的湍流特性研究张宇博;车得福【摘要】采用激光多普勒测速技术对光滑和粗糙槽道湍流特性进行了实验研究.粗糙元为二维横向V型沟槽,沟槽深度为0.8mm,沟槽间距为6.4mm,对应的槽道半高度与沟槽深度比为12.5.基于中线时均速度和槽道半高度的流动雷诺数范围为2740～17400.实验测量了包括时均速度、湍流强度、雷诺切应力和速度脉动偏斜因子和平坦因子在内的湍流统计量,结果表明沟槽型粗糙度对湍流的影响不仅局限于边界层内区,而是延伸到整个边界层范围.粗糙壁面上的粗糙度函数随雷诺数的增大而增大,时均亏损速度也较光滑壁面高.沟槽抑制了内区的流向湍流强度,同时增大了外区的湍流强度.粗糙壁面上的雷诺切应力高于光滑壁面,且与湍流强度一样表现出对雷诺数的依赖性.尽管沟槽型粗糙度对流向平坦因子影响不大,但对流向偏斜因子有显著影响.%The turbulent channel flows with smooth and rough walls are investigated using laser Doppler velocimeter (LDV). The roughness element is two-dimensional spanwise V-shape groove, and the depth and pitch of groove is 0. 8mm and 6. 4mm respectively. The ratio of channel half height to groove depth is 12. 5. The Reynolds number based on the centerline velocity and channel half height is varied from 2740 to 17400. The measurements involve mean velocity, turbulence intensity, Reynolds shear stress and the third and fourth order moments of velocity fluctuation. Results show that the effects of groove-shape roughness are not limited in the inner layer, but extend to the whole boundary layer. The roughness function on the rough wall increases with the Reynolds number, and the velocity defect profiles are slightly higher than those on the smooth wall.The streamwise turbulence intensity is attenuated significantly in the inner layer and meanwhile is intensified slightly in the outer layer by the grooves. The Reynolds shear stress on the rough wall is evidently larger than thaton the smooth wall. Similar to the turbulence intensity, the Reynolds shear stress profiles on the smooth and rough walls both exhibit low-Reynolds-number dependence. The skewness of streamwise velocity fluctuation is increased by the groove-roughness, although the flatness is hardly affected by the wall conditions.【期刊名称】《实验流体力学》【年(卷),期】2012(026)002【总页数】6页(P17-22)【关键词】V型沟槽;粗糙度;槽道湍流;湍流统计量;激光多普勒测速【作者】张宇博;车得福【作者单位】西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安710049;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安710049【正文语种】中文【中图分类】O357.50 引言粗糙壁面上的湍流流动现象广泛存在于管道系统、流体机械、换热器等工程应用中。
矩形凹槽管道中激波传播的数值研究
穿过孔 板 系统 的传 播过程 进 行 了数 值模 拟 。其 他对 激 波进 行 衰 减 的方 法 还包 括 利 用 主动 式 水雾 ］ 、 惰
性颗粒 等 。激 波 与多个 障碍 物相 互作 用发 生反 射 、 绕 射 以及 激 波诱 导涡 、 激 波 与 涡相 互 作 用导 致 激 波衰减 的详 细过 程 至今 未见报 道 。高 阶精 度格 式 及相 关 计 算 技 术 的 发展 使 准 确 捕 捉激 波 流场 得 以 实
ｌ 计 算 方 法 与 模 型
本 文 中基 于二维 Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ 方程 ， 通过 选用 五 阶精度 Ｗ Ｅ ＮＯ格 式 ， 并结合 ＡＭＲ技 术 ， 对 激 波传 播 及其 与 障碍 物 的相互 作用 进行 数值 模拟 。
矩 形 凹槽 管 道 中激 波传 播 的数值 研 究
沙 莎 ， 陈志华 ， 韩琚礼
（ １ ． 南 京 理 工 大 学 瞬态 物理 重 点 实 验 室 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ；
２ ． 北 京 机 电研 究所 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘要 ： 基于二维 Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ 方程 ， 结合五阶加权基本无振 荡 （ ｗ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｄ ｅ ｓ ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ｎ ｏ ｎ ｏ ｓ ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ， ＷＥ ＮＯ） 格 式 以 及 自适 应 网 格 加 密 （ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｅ ｓ ｈ ｒ ｅ ｆ ｉ ｎ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， Ａ ＭＲ） 技 术 对 入 射 激 波 在 矩 形 凹槽 管 道 内 传 播 过 程 进 行 了
中 图分 类 号 ： ０３ ５ ８ 国标 学 科 代 码 ：１ ３ ０ ２ ５ 文献标志码 ： Ａ
矩形和圆形槽道脉动热管传热性能的实验研究
矩形和圆形槽道脉动热管传热性能的实验研究陈阳阳;裴圣旺;陈晓光;谭建宇【摘要】为了探讨不同截面形状的脉动热管在复杂工况下的传热性能,本文设计了矩形和圆形两种截面形状的脉动热管,采用对比实验的方法探究不同截面形状的脉动热管在水平、竖直工况下,不同功率对其传热性能的影响.实验结果表明:水平工况下矩形脉动热管表面温度和最大温差均低于圆形管;随着功率负荷增加,两种脉动热管表面温度及最大温差均增大,在高功率区,圆形管最大温差明显高于矩形管;竖直工况相比于水平工况,脉动热管表面温度及最大温差均降低.因此,矩形脉动热管相比于圆形脉动热管更适合在电子芯片散热领域中应用.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2019(037)004【总页数】5页(P291-295)【关键词】脉动热管;传热性能;水平工况;变负荷;竖直工况【作者】陈阳阳;裴圣旺;陈晓光;谭建宇【作者单位】哈尔滨工业大学(威海)新能源学院,山东威海264209;北京航天自动控制研究所,北京100039;河北宇天材料科技有限公司,河北保定072550;哈尔滨工业大学(威海)新能源学院,山东威海264209【正文语种】中文【中图分类】TK018电子元件在运行过程中对温度十分敏感，电子元件温度在70～80℃水平上每增加1℃，安全可靠性就会下降5%，电子设备失效有55%是因为缺乏有效的温控措施导致的[1]。
目前，电路的集成度越来越高，导致电子元件体积越来越小，热流密度不断增大，依靠传统风冷散热的方式不能满足现代电子元件的散热需求。
脉动热管是一种新型热管，它由若干毛细管组成并在管中充灌一定体积的液体工质，利用施加在其上的热能产生管内液塞和气泡的脉动流动进行传热。
它与传统热管不同，脉动热管无需消耗外部机械功和电功，结构比较简单，内部弯管形状可以任意弯曲；对其结构和设计参数进行优化后，脉动热管运行性能基本不受重力作用的影响。
因此它能在逆重力场、微重力场及重力场变化等复杂环境下运行[2]。
内插自振弹簧换热管脉冲流强化换热数值分析
式 （ ） ： 脉 冲流 瞬态 人 口速 度 （ ／ ） 为 稳 １ 中 为 ｍ ｓ，
态流 速度 （ ／ ） Ａ 为 脉 冲流 振 幅 ， 脉 冲 流 频 ｍ ｓ， ． 厂为 率． 然 ， Ａ＝０时 ， 变 为 稳 态 流． 算 时 ， 显 当 演 计 取
第 ３ 第 ９期 ４卷 ２１ ０ ２年 ０ ９月
武
汉
工
程
大
学
学
报 Ｖｏ． ４ Ｎｏ ９ ３ ． Ｓ ｐ． ２０１ ｅ ２
Ｊ ． Ｗｕ ａ Ｉｓ ｈ ｎ ｎ ｔ Ｔｅ ｈ ． ｃ．
文 章 编 号 ：６ ４— ８９ ２ １ ）９— ０ ６— ４ １７ ２ ６ （０ ２ ０ ０ ６ ０
本 文 拟应用 Ｆｕｎ ． ｌｅ ｔ ３软件 对 等壁温 条件 下 ， ６ 内插 自振 弹簧换 热管 中分别 通 人稳 态 流 和 脉 冲流
图 ｌ 换 热 管 内插 自振 弹 簧 示 意 图
Ｆｉ ．１ Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉ ｇａ ｏ ｅｆｖ ｂ ａｉ ｎ ｓ ｒｎ ｇ ｃ ｅ ｔｃ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｓ ｌ－ ｉ ｒ ｔｏ ｐ ｉｇ ｈｅ ｔｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｅ ｔ ｉ ｈ ｎｔｒ ｌｔｏ ａ ｘ ｈａ ｇ ｕｂ ｓ ｗｉｈｎ ｔ ｅ ｉ ｅｐｏａ ｉｎ
换热 管中分别通入稳态 流和不 同参数 脉冲流情况下 的换热情 况 ， 到 了不 同情 形下的管 内温度场和压 力场． 得 研究 结果 表明 ： 通人脉冲流后 ， 内插 自振 弹簧换热管 出 口平 均压力呈 现 与脉 冲流删期 相同 的正 （ ） 波动 ， 余 弦 且波动振 幅随着脉 冲流频率 的增大 而增大． 相对 于通 入稳态 流而 言， 通入 脉冲流 时的速度边 界层厚 度减小 ， 从 而增大 了强化传热 系数 ． 内对流传热系数随着振幅的增大而增大 ， 管 但频率对传热 系数 的影响却很小． 关键 词 ： 内置弹簧 ； 脉冲流 ； 强化传热
《弯曲矩形微纳通道内的流体流动及其传热、传质问题的研究》范文
《弯曲矩形微纳通道内的流体流动及其传热、传质问题的研究》篇一一、引言在当代科学技术发展迅速的背景下，微纳尺度下的流体流动与传热传质问题逐渐成为科研领域的重要课题。
特别是在弯曲矩形微纳通道内，流体流动的复杂性以及其与传热传质过程的相互作用，不仅对微观领域的研究有着重要的科学价值，同时也在工程应用中有着广泛的实用意义。
本文将深入探讨这一领域的科学研究及其进展。
二、微纳通道流体的动力学特性微纳尺度下的流体流动与传统尺度有着显著的差异。
由于通道尺寸的减小，流体在微纳通道内的流动受到诸多因素的影响，如表面效应、惯性效应、粘性效应等。
这些效应的相互作用使得流体的动力学行为变得复杂。
特别是在弯曲的微纳通道中，流体的流动受到通道几何形状的影响，产生复杂的流动模式和流动现象。
首先，在弯曲矩形微纳通道中，由于通道曲率的存在，流体在通道内的流速分布发生了显著变化。
流体在弯道处受到离心力的作用，使得靠近壁面的流速增加，而中心区域的流速降低。
此外，流体的层流到湍流的转变在微纳尺度下也可能提前发生，这进一步增加了流动的复杂性。
其次，表面效应在微纳尺度下变得显著。
由于通道尺寸的减小，通道壁面的粗糙度、润湿性等因素对流体流动的影响更加明显。
这可能导致流体的粘性增强或减少，进一步影响流体的流动状态。
三、弯曲矩形微纳通道的传热问题传热问题在弯曲矩形微纳通道内是一个复杂的课题。
一方面，由于微纳尺度下表面效应的显著性，通道壁面与流体的热交换能力增强。
另一方面，由于流体在弯道处的流速分布变化，可能导致局部的热传导速率发生变化。
在处理这类问题时，通常需要考虑到热传导、对流换热和辐射换热等多种因素的综合作用。
在弯曲通道中，这些因素的相互作用可能导致温度分布的不均匀性。
特别是当有热量在微纳通道中传递时，需要关注温度梯度对流体流动的影响以及由此产生的热应力等问题。
四、弯曲矩形微纳通道的传质问题传质问题在弯曲矩形微纳通道内同样重要。
由于微纳尺度的特殊性，传质过程往往伴随着复杂的扩散和混合现象。
螺旋槽管管内湍流流动与换热的三维数值模拟
螺旋槽管管内湍流流动与换热的三维数值模拟
李占锋;杨学忠
【期刊名称】《低温与超导》
【年(卷),期】2008(036)011
【摘要】利用Fluent对5种不同槽深的螺旋槽管进行了模拟求解,得出了湍流状态下螺旋槽管内流体的速度场和温度场,从微观上说明了螺旋槽管的强化传热机理.分析了槽深对螺旋槽管阻力性能和换热性能的影响.数值计算结果表明,该类螺旋槽管在湍流工况下的平均Nu数大约是光管的1.6-2.1倍,平均阻力系数f大约是光管1.5-4.5倍.与实验数据进行比较发现,数值模拟具有相当的可靠性.
【总页数】5页(P56-60)
【作者】李占锋;杨学忠
【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,南京,210009;南京工业大学机械与动力工程学院,南京,210009
【正文语种】中文
【中图分类】TB6
【相关文献】
1.折流板换热器壳程湍流流动与换热的三维数值模拟 [J], 谢洪虎;江楠
2.管壳式换热器壳侧湍流流动与换热的三维数值模拟 [J], 邓斌;陶文铨
3.螺旋槽纹管管内紊流流动与换热数值研究 [J], 崔海亭;赵欣
4.变物性条件下管内加速流时湍流换热与流动过程的数值模拟 [J], 陈雷;姜培学;EP
瓦卢耶娃
5.单头螺旋槽纹管管内流动和换热的数值模拟 [J], 韩占忠;姚仲鹏;张军;刘耀峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Abstract : Enhancing mass t ransfer in periodic square grooved channels by a laminar pulsating flow was st udied numerically. Comprehensive research was conducted to investigate t he influence of several main parameters on flow characteristics and mass t ransfer enhancement in t he grooved channel. These parameters are Renolds num2 ber Re , St rouhal number S t , pulsation amplit ude A ,and geomet rical characteristics of t he cavity. The result s obtained indicate t hat , due to t he flow pulsation , t he vortex in cavity periodically burst s and t hen sheds. This pe2 riodic shedding of vortices cont ributes to t he bulk chaotic mixing of fluid which is t he main factor of mass t rans2 fer enhancement . By pulsating flow , t he mass t ransfer rate of t he channel is enhanced at a large extent , especial2 ly t he local mass t ransfer in t he cavity. The enhancement of mass t ransfer rate increases wit h t he Re and A . There exist s an optimal St rouhal number for t he greatest enhancement of mass t ransfer in t his model , which ap2 pears to have a st rong relation wit h t he geomet rical characteristics of t he cavity. Keywords : pulsati n g f low ; enhancement of m ass t ransf er ; n u merical si m ul ation
第 38 卷 第 11 期
西 安 交 通 大 学 学 报
Vol. 38 №11
2004 年 11 月 J OU RNAL O F XI′AN J IAO TON G U N IV ERSI T Y Nov. 2004
凹槽通道中脉动流动强化传质的数值研究
杨卫卫 , 何雅玲 , 陶文铨 , 赵春凤
传质能力的增强. 近年来 ,利用脉动流动技术强化周期性凹槽或
者波纹通道中的传热 、传质引起了学者们的注意. 文 献[ 1 ,2 ]发现在特定频率下 ,流体小振幅的脉动能显 著地增强通道中的换热. 文献[ 3 ,4 ]研究了波纹和凹 槽通道中脉动流动的流动和传质特性. 文献[ 5 ]研究 了脉动流动对波纹通道中流体的掺混和传质的强化
混 ,主流区域低浓度的流体被卷入凹槽中 ,在很大程
度上扰乱了浓度场的分布 , 改善了凹槽内的传质环
境. 凹槽内流体等浓度线间距变小 ,壁面处浓度梯度
增大 ,即传质的‘驱动力’增加了. 这正好说明脉动流
动对凹槽内的传质环境具有改善作用.
图 4 给出 Re = 200 、A = 014 、W / L = 1/ 2 时 S t
5 C/ 5 Y = 0 出口 充分发展 ,即5 ( U , C) / 5 X = 0 采用均匀网格 , 节点数为 400 ( x ) ×40 ( y) , 利
用 SIMPL E 算法进行求解 , 为保证计算具有较高精 度 ,对流项采用文献[6 ]中开发的 SGSD 格式.
2 计算结果及分析
计算中 ,取 L 1 = 15 H , L 3 = 15 H ,以保证出口区 域充分发展的边界条件 , 取 Sc 恒为 110. 为方便研 究 ,定义 : S h 为传质的速率; S hm 为周期平均的传 质速率 ; S hs 为稳态的传质速率 ; E 为强化倍数. 其 中 S h 通过下式计算
P+
1 Re
¤
2
U
(2)
传质方程
5C 5τ
+
U
·¤
C
=
1 ReS c
¤
2
C
(3)
上述方程中无量纲参数定义如下
( X , Y)
=
(
x , y) H
,
U
=
u us
,
C
=
ccw -
cin cin
,
P
=
p
ρu
2 s
τ=
t H/
us
,
Re
=
us H
ν
,
Sc
ν
= D,
A
=
u max us
式中 : cin为某组分的质量分数 ; cw 为 L 2 段壁面上 组分的质量分数.
Numerical Study on Enhancing Mass Transfer in Grooved Channel by Pulsating Flo w
Y ang W ei w ei , He Y ali n g , Tao W enquan , Zhao Chu nf eng
( State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering , Xi′an Jiaotong University , Xi′an 710049 , China)
(e) ωt =π (f) ωt = 4π/ 3
(g) ωt = 5π/ 3 ( h) ωt = 2π 图 2 稳态的流场和脉动流动时一个周期内流场的
变化规律
(a) 稳态 (b) ωt = 0
图 4 S t 对第 3 单元局部传质效果的影响
对第 3 单元局部传质效果的影响. 从图 4 可以看出 ,
在脉动流动下 ,每个面的传质都有一定程度的增强 ,
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第 11 期 杨卫卫 ,等 :凹槽通道中脉动流动强化传质的数值研究
H = 8 mm , H1 = H/ 3 , L = 2. 0 H , L 2 = 14 H W / L = 2/ 3 宽凹槽 ; W / L = 1/ 2 中凹槽 ; W / L = 1/ 3 窄凹槽
图 1 模型的几何尺寸
连续方程
¤ ·U = 0
(1)
动量方程
5U 5τLeabharlann +U ·¤
U
=-
¤
∫ S h
=
1 S
S
-
5C 5n
dS
(4)
式中 : S 为无量纲传质面积 ; n 为法向矢量.
流体流动的不稳定性能增强流体的扰动 , 促使
流体之间的相互掺混. 图 2 给出了 Re = 200 、S t =
016 、A = 016 、W / L = 1/ 2 不同瞬时及相应稳态时
凹槽内部的流场分布情况 , 所选区域如图 1 中虚线
收稿日期 : 2004 - 04 - 21. 作者简介 : 杨卫卫 (1980～) ,男 ,硕士生 ;何雅玲 (联系人) ,女 ,教授 ,博士生导师. 基金项 目 : 国家重点基础研究发展规划资助项目 ( G2000026303) ;国家自然科学基金资助项目 (50276046) .
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(a) 稳态 (b) ωt = 0
态时的流动和传质 ,凹槽中的漩涡不会发生脱落 ,因 而不能改善凹槽中的传质环境. 当 S t 很大时 , 流体 流动的加速阶段很短 ,凹槽中漩涡也不能完成脱落. 所以 ,对于该模型存在最佳的 S t , 使得强化效果最 好.
(c) ωt =π/ 3 (d) ωt = 2π/ 3
内漩涡的形成 - 发展 - 迁移 - 脱落的过程在图 3 中
直观地反映出来. 由此可见 , 通过强迫流体脉动流
动 ,能够促使凹槽内的漩涡发生周期性的脱落 ,从而
增强了流体的径向混合 , 这对凹槽内的质量传输是
有利的. 另外 , 图 3 还给出了相应的浓度场分布情
况. 从图 3 可以看出 , 在脉动流动下 , 由于流体的掺
凹槽或者波纹通道在紧凑式换热器 、传质装置 、 电子器件冷却以及化工行业有着广泛的应用. 对凹 槽通道中稳态传热 、传质的研究表明 ,肋骨周围形成 的复合边界层对通道中总的热 、质传输起着主导作 用. 然而 ,凹槽内部的传热 、传质速率却非常小 ,削弱 了通道整体的热 、质传输能力. 因此 ,只要能有效地 强化凹槽内的传热 、传质 ,将有利于通道整体传热 、
1 模型描述
本文的模型如图 1 所示 , 其中 L 2 部分用来模 拟凹槽通道 (总共 7 个结构单元) , 取 L 1 和 L 3 以满 足数值计算的需要. 通道入口处流体速度为
uin = us + umaxsin (ω t) 式中 : us 为周期平均流速 ; umax为脉动振幅. 通道的 其他壁面 (阴影面) 均假设为绝缘. 通道详细的几何 尺寸如图中所示. 描述该通道中瞬态的流动和传质 的无量纲控制方程如下.