流體誘導振動作為一種強化傳熱技術已引起廣泛關注，但誘導振動對換熱設備傳熱表面流場和積垢的作用機理迄今還不清晰。本項目擬用理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的方法，對流體誘導振動強化傳熱機理開展研究。主要內容有：1)流場與換熱管振動的耦合機理。采用有限體積法和雙向耦合模型，應用計算流體力學軟件計算換熱器流場；應用粒子動態分析儀和振動分析儀對流場及換熱管振動進行測試，綜合分析換熱管振動與表面流場的耦合機理；2）傳熱管壁面流場結構對積垢過程的影響規律。在流場分析與實驗測試基礎上，研究流場中懸浮物濃度分布及傳質特性，結合懸浮物沉積準則方程式，尋求抑制積垢形成的流場結構，并建立污垢凈生長率的經驗關系式；3)流體誘導振動傳熱強化機理。在分析計算換熱器流場和溫度場計算基礎上，對照實驗結果，研究流體誘導振動強化傳熱的機理。

流體誘導振動作為一種強化傳熱技術已引起廣泛關注,但誘導振動對換熱設備傳熱表面流場和積垢的作用機理迄今還不清晰。本項目采用理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的方法，對流體誘導振動強化傳熱機理開展研究。1）本課題采用污垢熱阻法實驗測量和數值模擬相結合的方法研究壁面流場結構對傳熱管壁面污垢生長規律的影響，研究結果表明脈動流引起換熱管壁面剪切應力的變化，加速污垢的剝離，具有顯著的抑垢效果，隨著頻率的增大，阻垢效果增強。污垢熱阻最大可降低25%，間接產生強化傳熱效果。2）通過數值模擬和實驗研究等方法進行脈動流和強化換熱管共同作用下的強化傳熱特性研究，脈動流引起傳熱管內凸或外凹部位明顯有漩渦的生成，加劇了冷熱流體沿徑向的混合，產生強化傳熱效果。且強化傳熱效果與脈動流參數及換熱管結構型式密切相關，波節管強化傳熱系數最大可提高83%，橫紋管最大為80%，螺旋槽管為61%。3）揭示壁面振動與流場耦合條件下的強化傳熱機理。壁面振動產生二次流，改善了換熱管周圍流體速度場與溫度場的協同關系，產生強化傳熱效果；4)數值模擬脈動流繞過方柱引起的流場變化和強化傳熱特性。脈動流繞過方柱后產生鎖定現象，引起阻力系數相較穩定流工況提高50%，強化傳熱性能最大增加15%。5）采用數值模擬方法研究折流板開孔對管殼式換熱器殼程流動與傳熱性能的影響。折流板開孔后能夠形成垂直于折流板的射流，對流動死區有明顯改善作用。折流板開孔后，殼程壓降有較大的降幅，同時傳熱系數也有降低，但降低幅度遠遠小于降低幅度。在等換熱面積和等壓降情況下，折流板開孔冷卻器傳熱系數可以提高22%。6）研制出一套利用脈動流強化傳熱技術的強化傳熱、阻垢和自動節水裝置。本項目研究為流體誘導振動強化傳熱技術的深入發展和應用提供有力支持。 2100433B

時均流誘導熱聲振蕩是一種新型的能量轉換方法，基于其原理可建成完全沒有運動部件的、以風能驅動的熱聲制冷機。本項目擬從理論、數值計算和實驗三方面對其機理進行研究：建立時均流剪切邊界層非穩定性問題的多維度、可壓縮流、非穩態物理模型，確定聲場工作頻率和強度與漩渦形成周期、數量和運動速度的定量關系。在此基礎上引入非線性熱聲學理論，首次建立時均流誘導熱聲振蕩的完整物理模型。基于DES算法，利用CFD方法對物理模型數值求解，獲得壓力場、速度場、溫度場和密度場的數值解，實現完整物理場分析；研制一臺時均流驅動的高效熱聲制冷機，在熱聲板疊上產生不小于150K的可用溫差，對時均、交變流場中的壓力（波動）、速度（波動）、溫度（分布）進行精確測量，通過綜合分析發現其中蘊含的規律。最后，通過理論和實驗相結合，探明時均流、誘導聲場、熱聲效應之間的耦合作用機理，為實現以自然風等時均流驅動的熱聲制冷機奠定理論基礎。