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旋转射流冲击冷却换热是一种复合强化传热技术,它是将射流冲击与管内插入扭转带这两种强化措施同时应用,以期获得更大传热效果的技术。 热色液晶测温技术是利用热色液晶材料随温度变化而迅速改变其反射光颜色的特性,测定表面温度场分布的一种新型测温技术。它是一种集定量采集和定性热色图像显示双重功能于一体的高技术测温手段,能够用于研究一些传统点测温手段无法研究的复杂传热问题。 本论文研究的目的是建立一套热色液晶测温系统,在管内插入扭转带,产生以二氧化碳为工质的旋转射流,然后采用液晶测温技术对旋转射流冲击冷却换热进行研究。热色液晶测温技术能测定壁面温度的分布,进而可以得到二氧化碳为工质的稳态射流条件下,换热系数的分布情况。另外,测定无旋转的普通射流在稳态条件下的换热系数,作为旋转射流强化换热程度的比较基准,以探讨射流冲击和管内插入扭转带这两种强化方式的复合效果。 本实验中,首先建立了一套完整的热色液晶定量测温系统,探讨了提高液晶测温精度的方法和途径。然后,利用所建立的系统对二氧化碳为工质的普通射流进行了验证实验。实验结果表明,在Re=4400~28300范围内,驻点区换热系数随雷诺数的增大而增大;驻点区换热系数与前人的实验结果相比平均误差10.8%,实验系统具有很好的可靠性。 在此基础上,在管内插入扭转带产生旋转射流,采用热色液晶测温系统对二氧化碳为工质的旋转射流复合强化传热进行了研究。结果表明,尽管旋转射流的努谢尔特数在驻点附近低于普通射流的努谢尔特数,但在壁面射流区高于普通射流的努谢尔特数。与普通射流相比,旋转射流导致驻点附近区域的换热特性趋于均匀化。旋转射流对换热的此种影响随雷诺数的增大而减弱。