斯特林機(jī)管內(nèi)振蕩流動(dòng)與傳熱特性研究.pdf

1、斯特林機(jī)作為一種外燃式發(fā)動(dòng)機(jī)具有多熱源的廣泛適應(yīng)性和優(yōu)良的環(huán)境特性正日益受到人們的重視。振蕩流是斯特林機(jī)內(nèi)部工質(zhì)的重要特征之一。精確地分析和預(yù)測(cè)斯特林機(jī)換熱器內(nèi)的振蕩流動(dòng)和傳熱性能，對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)斯特林機(jī)而言十分重要。針對(duì)斯特林機(jī)換熱管內(nèi)振蕩流具有空間狹小、高頻、可壓縮、多變等復(fù)雜特性，本文開展了管內(nèi)振蕩流動(dòng)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　在現(xiàn)有振蕩流分析研究的基礎(chǔ)上，以雙活塞驅(qū)動(dòng)管內(nèi)層流振蕩流為研究對(duì)象，應(yīng)用復(fù)合函數(shù)理論求解控制方程，

2、得出層流充分發(fā)展下管內(nèi)振蕩流動(dòng)和傳熱的分析解。
　　采用基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的k-ω雙方程湍流模型，數(shù)值求解管內(nèi)振蕩湍流的流動(dòng)與傳熱特性。數(shù)值結(jié)果表明周期內(nèi)不同相位下管內(nèi)截面速度和溫度分布都有著顯著差異，在某些相位下出現(xiàn)“速度環(huán)”和“溫度環(huán)”現(xiàn)象;當(dāng)管壁加熱溫度恒定時(shí)，軸向高溫流體主要位于x=0截面附近。
　　采用熱線技術(shù)HWA和相位多普勒技術(shù)PDA分別測(cè)量不同工況下管內(nèi)流場(chǎng)分布并與分析解、數(shù)值解相對(duì)比，表明對(duì)于低動(dòng)態(tài)雷諾數(shù)Reω

3、層流管內(nèi)振蕩流動(dòng)，實(shí)驗(yàn)值和復(fù)合函數(shù)分析解吻合度較高最大偏差低于15％而與湍流模型數(shù)值解偏差較大;相反對(duì)于較高Reω?cái)?shù)湍流工況，湍流模型數(shù)值解較為準(zhǔn)確偏差小于16.5％而分析解僅能給出定性描述。開展恒定壁面溫度的管內(nèi)振蕩流換熱實(shí)驗(yàn)研究，表明隨著振蕩頻率(Reω)增大管內(nèi)流速增加，流動(dòng)邊界層和溫度邊界層厚度減小，對(duì)流換熱增強(qiáng)，斯特林機(jī)熱功轉(zhuǎn)換效率提高。
　　將復(fù)合函數(shù)理論和湍流模型數(shù)值法應(yīng)用于環(huán)形截面管內(nèi)振蕩流，發(fā)現(xiàn)通道外徑與內(nèi)徑比值