三角槽和凹槽通道內(nèi)層流脈動流動的PIV實驗研究.pdf

1、截面呈周期性變化的通道在緊湊式換熱器，微電子系統(tǒng)以及生物工程等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。當(dāng)此類通道中流體處于低雷諾數(shù)層流流動時，由于流體的粘性力占主導(dǎo)作用，流體的摻混效果差，因而傳熱能力低。對截面呈周期性變化通道內(nèi)的層流流動施加脈動擾動則可以有效地強化換熱。研究表明，脈動流場中由漩渦引起的流體的摻混增強是傳熱強化的關(guān)鍵因素。因此研究層流脈動流場，分析流體的摻混具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　本文利用PIV技術(shù)（粒子圖像測速技術(shù)）對截面

2、呈周期性變化的通道（三角槽和凹槽）的流場分別進行了實驗。獲取了在不同的脈動頻率f(0.27Hz、0.52Hz、0.77Hz)，不同幾何參數(shù)即槽深a（6mm、9mm、12mm）和槽寬l（12mm、18mm、24mm）時的通道內(nèi)的層流脈動流動的瞬時速度場，分析了流動特性即漩渦的特性參數(shù)，并將PIV實驗與傳熱實驗結(jié)果進行了比較，從流體摻混的角度分析了強化換熱機理。
　　實驗結(jié)果表明，在三角槽和凹槽通道中，流體的脈動會引起漩渦的大小、轉(zhuǎn)速

3、和中心位置的周期性變化。當(dāng)流動加速時，漩渦在槽道的背風(fēng)面靠近主流處形成，隨后被推進槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)、成長;當(dāng)流動減速時，漩渦卷吸相對慢速的主流進行膨脹，促進槽內(nèi)流體和主流之間的摻混。此外，在三角槽中脈動流場中的漩渦演變過程可以分為漩渦的形成、成長、膨脹和被主流推向下游;而在凹槽通道中漩渦形成、成長、膨脹后最終消失于凹槽槽道內(nèi)部。
　　脈動頻率對三角槽和凹槽內(nèi)流體摻混的影響的變化趨勢相同，隨著脈動頻率的增加，摻混效果先增強后減弱，f=0.5