机械振动对微通道内凝结液膜不稳定性和换热特性的影响机制研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51906036
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0603.传热传质学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
Microchannel heat exchangers have been widely used in vehicle condensers and their vibration is unavoidable. This project aims to study the condensation flow and heat transfer characteristics in micro-channel under mechanical vibration conditions. Firstly, the visualized image and pressure fluctuation signal of condensate gas-liquid two-phase flow in microchannels are obtained by experiment. The characteristic information of flow instability is extracted by spectrum analysis and wavelet analysis, and then the influence of vibration on the instability of condensate film in microchannel is analyzed. Secondly, the mathematical model of condensation flow and heat transfer in the non-inertial reference system of vibration is established. The variation of flow pattern, velocity field, temperature field and Kelvin-Helmholtz instability with vibration is simulated and analyzed. The effect of vibration inertia force on mass and momentum exchange at the free interface of liquid film is studied, and the mechanism of vibration on the instability of liquid film is revealed. Finally, the variation of condensation heat transfer coefficient with vibration is analyzed. Based on the field synergy principle, the influence of vibration on the synergy of flow field and temperature field in condensate film is studied, and the mechanism of the influence of vibration on condensation heat transfer characteristics in microchannels is revealed. A quantitative prediction model of condensation heat transfer coefficient in microchannels under vibration conditions is constructed. The research results will lay a theoretical foundation for the enhancement of condensation heat transfer in microchannels by vibration and the optimization design of condensers under vibration conditions.
车载冷凝器常采用微通道换热器且不可避免会产生振动,本项目拟针对机械振动条件下微通道内凝结流动和换热特性开展研究。首先,通过实验获得微通道内凝结气液两相流的可视化图像和压差波动信号,通过频谱分析和小波分析来提取流动不稳定性的特征信息,进而分析振动对微通道内凝结液膜不稳定性的影响规律;其次,建立振动这一非惯性参考系中的凝结流动与换热数学模型,模拟分析流型、速度场、温度场和Kelvin-Helmholtz不稳定性等随振动的变化规律,研究振动惯性力对液膜自由界面处的质量和动量交换的影响,揭示振动对凝结液膜不稳定性的作用机制;最后,分析凝结换热系数随振动的变化规律,基于场协同原理研究振动对凝结液膜内流场和温度场协同性的影响,揭示振动对微通道内凝结换热特性的影响机制,构建振动条件下微通道内凝结换热系数的定量预测模型。研究成果将为利用振动来强化微通道内凝结换热以及振动工况下冷凝器的优化设计奠定理论基础。
结项摘要
车载冷凝器常采用微通道换热器,在车辆在行驶过程中,受路面不平和发动机振动的影响,冷凝换热不可避免会受振动的影响。因为振动增加了流体扰动,一般认为振动会强化换热,但实验发现对于冷凝还可能出现弱化换热的情况。本项目拟针对机械振动条件下微通道内凝结流动和换热特性开展研究。首先,通过实验获得微通道内凝结气液两相流的可视化图像和压差波动信号,通过频谱分析和小波分析来提取流动不稳定性的特征信息,进而分析振动对微通道内凝结液膜不稳定性的影响规律;其次,建立振动这一非惯性参考系中的凝结流动与换热数学模型,模拟分析流型、速度场、温度场和换热系数等随振动的变化规律,揭示振动对凝结液膜不稳定性、换热系数和摩擦压降的作用机制。.研究结果表明,与静止工况相比,振动并未产生新的气液两相流流型,仅仅是影响了流型的细节特性。施加振动在大部分情况下强化换热,最大强化了26%,但部分工况下也会削弱换热,削弱幅度为5%左右。整体来看强化和弱化的变化规律十分复杂,换热系数的增强主要取决于振幅,振动频率的影响较小。振动条件下的摩擦压降大部分工况大于静止条件下的结果,与换热系数的变化规律并不一致,表明振动对换热和压降的影响机理不同。机理分析认为当液膜厚度较大时,液膜湍动的影响占主导;当液膜厚度逐渐减小时,液膜厚度的影响逐渐占主导。振动会增加液膜波动,一方面增加液膜湍动能具有强化换热的作用,另一方面振动导致液膜挤占气相空间,使平均液膜厚度增大具有抑制凝结换热的作用,两种机制相互竞争,导致振动既有增强换热又有削弱换热的作用。对于摩擦压降,振动会增大液膜湍动能使得摩擦压降增大,也会增大液膜厚度导致液膜流速减小使得摩擦压降减小,在不同情况下两种机制的影响不同,导致振动条件下摩擦压降也呈现复杂的规律。.本项目研究发展了振动条件下冷凝换热和压降理论,研究成果将为利用振动来强化微通道内凝结换热以及振动工况下冷凝器的优化设计奠定理论基础。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The condensation heat transfer, frictional pressure drop and refrigerant charge characteristics of R290 in minichannels with different diameters
R290在不同直径微通道内的冷凝传热、摩擦压降及制冷剂充注特性
- DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119966
- 发表时间:2020-09-01
- 期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
- 影响因子:5.2
- 作者:Qiu, Guodong;Li, Minghao;Cai, Weihua
- 通讯作者:Cai, Weihua
管内气液两相流动压降关联式研究进展
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:东北电力大学学报
- 影响因子:--
- 作者:李响;李秋英;密晓光;陈杰;邱国栋;蔡伟华
- 通讯作者:蔡伟华
Theoretical study on heat transfer characteristics of a finned tube used in the collector/evaporator under solar radiation
太阳辐射下集热/蒸发器翅片管传热特性理论研究
- DOI:10.1016/j.applthermaleng.2019.114564
- 发表时间:2020-01
- 期刊:Applied thermal engineering
- 影响因子:6.4
- 作者:Guodong Qiu;Jian Sun;Lijun Nie;Yuanyang Ma;Weihua Cai;Chao Shen
- 通讯作者:Chao Shen
管内气液两相流换热关联式研究现状
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:东北电力大学学报
- 影响因子:--
- 作者:房贤仕;李秋英;陈杰;邱国栋;蔡伟华
- 通讯作者:蔡伟华
管内气液两相流流型研究现状与发展
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:东北电力大学学报
- 影响因子:--
- 作者:房贤仕;李秋英;陈杰;邱国栋;蔡伟华
- 通讯作者:蔡伟华
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其他文献
从契约性到非契约性:竞合理论演进研究
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:《江西社会科学》
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- 作者:韩文海;邱国栋
- 通讯作者:邱国栋
基于差别优势与比较优势的企业竞合效应研究
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- 发表时间:2016
- 期刊:《财经问题研究》
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- 作者:邱国栋;白汎
- 通讯作者:白汎
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- 发表时间:2012
- 期刊:经济与管理战略研究
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- 发表时间:2019
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- 作者:王思阳;邱国栋
- 通讯作者:邱国栋
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