基于流体脉动的换热器动态强化研究.pdfVIP

中罔一r程热物理学会 传热传质学 2007年学术会议 编号：073079 基于流体脉动的换热器动态强化研究 关欣 王方方 蔡康崔国民 (I：海理T大学动力学院热丁研究所200093) ^ 1 Tel：0086—2 Email：Cindvguan@hotmail．com 摘要：流体脉动会强化换热，同时也会带来功率消耗增加的问题。由于换热器工作的条件和某些特殊 的换热7亡件使得流体脉动不需要外来能量，使得小流速下，外界无额外功率消耗下，流体脉动会强化 换热。本文研究在功率消耗不变的前提下，流体脉动对管内强制对流换热的影响。研究表明换热器入 }J流体流量、r均值1i变，发生正弦和方波脉动时，不同正弦频率和方波周期对换热的影响不同，低频 率和艮周期时，ⅢI：_：|温度和传热量变化比较大，且随频率的降低，变化加剧，强化换热效果更好。 关键词：流体脉动； 强化换热 1前言 众所周知，振动是一种十分有效的强化传热方式，换热面振动和流体振动都可以强 化换热。但由于换热面质量较大、振动产生的设备损坏使得利用换热面振动强化换热较 难实现。利用流体振动(脉动)强化单相流体自然对流和强制对流换热是一种有效的措 施。人们利用皿声波、声波和超声波振动进行对流换热强化研究。研究表明，当声强超 过140分贝时，自然对流换热系数可增加卜3倍，液体中的声振场会有条件强化自然对 流换热，主要是汽蚀对传热影响很复杂，少量汽蚀会有利于液体扰动，从而促进换热， 汽蚀过多会使传热减弱…。 在气体强制对流换热中加上声振场会使换热系数增加，但由于无声振时强制对流换 热系数已经很高，故声振场对平均换热系数的提高最多约一倍。流体声振对管内强制对 流换热的影u向研究较多，通常，局部换热系数是沿管长周期变化的。层流时平均换热系 数最高约增加40％，这种强化作用取决于声振频率和雷诺数的大小。 使流体发生振动除加声振场外，还可应州泵发生脉动，或使刚中断阀周期性启闭使 流体产生脉动流动。对于低频正弦脉动，有无脉动的换热系数比值为甄，／玩，可用下述 公式进行计算： 1 也玎 五。／五。=二If1+ycos口)”d护 ’ “ 、 。 2万．{b 式中秒一相角，单位弧度； Y一无冈次脉动速度，】厂=2硎／“，厂为频率，彳为振幅，“为流体平均流速； 通常指数，z是小于1的。如果流体脉动频率低，y值小于1，乃，，／吃也将小于l。 这表明流体脉动时换热系数将低下不脉动的。如果】，值大于l，丸／吃也将大于l，这 表明流体脉动强化换热汜J。 文献研究了上游液体脉动对强制对流换热的影响。不同的管径、工质和不同的频率 对换热有不同的影响。研究表明流体低频脉动对管内强制对流换热有强化作用，换热系 数可增加一倍左右，最大可达2倍瞄1。 流体脉动会使传热系数增加，但也会引发功率消耗增加。很少有文献研究流体脉 动引起的功率消耗增加和换热系数增加之间的关系。仅有文献表明当换热系数因脉动增 项I 会发展艇金资助(07zz85)。 1887 加70％时，所需的功率消耗与无脉动相比约增大30％M1。 实验证明，振动可以有效的应用到实际换热器几何结构中。但是，长期以来，人们 一直使用机械偏心装置或电磁激励来诱发振动，这就不可避免的要考虑振动设备的费用 和运行功率的费用。这在经济评价中是不利的。 由于换热器工作的条件和某些特殊的换热元件使得流体脉动不需要外来能量，虽然 脉动可能使流体阻力增加，但是由于传热表面振动的传热系数主要与振动雷诺数有关， 而与流体流动的雷诺数关系较小，所以可以选择较小的流速，使流体脉动在相同的传热