超声波对对流换热的影响 -凯发app

声空化即超声液体使声强至阈值时，液体里面的微小气泡随声压的改变而改变的现象。对液体超声时，在这种过程中换能器会发挥自身的能量转换作用，由于介质吸收与摩擦消耗，由于这个原因，一定时间内超声波的连续作用可使箱体内声场区域产生温升，这就是超声波的热效应，也就是说超声波具有热效应以及改善表面传热的能力。随着输入电流的增加，换能器将更多的电能转换为声能，液体的温升也就越高。不同的工质对声能的吸收率不同，因此不同的工质会有不同的热效应。声空化产生时，在超声波换能器的末端会有空化气泡雾束向下冲击。正是这些空化气泡在传热表面形成的强烈射流与单个形成的局部微射流破坏了壁面的热边界层，并对热的传导和质量的传递起到了强化作用。雾束长度的有限导致了空化距离对传热强化效果的影响，使之存在极限值。因为声空化热效应较其空化效应效果弱，故当空化强度达到一定值后其空化效果就不再增加。同时，因作用于传热表面的空化气泡做反复振动以及崩溃产生的微射流均对表面有清洗作用，从而使传热效果得到改善。

超声波使得流体与壁面的对流换热成为有源扰动下的对流换热。nomura细致深入的探讨了振动方向对水平板传热的作用，通过探讨指出与自然对流传热相比较来说，声空化具有非常显著的效果，其中后者是前者的四倍。

研究表明，影响超声波强化传热强度的因素有如下几个方面：

（1）声空化距：水平圆管单相对流换热系数随声空化距离的变化依实验工质反映出差异化的变化，然而都具有极值；

（2）声空化强度：其与传热效果之间存在着一定的正相关性；当其增加至某数值时，声空化距离将不再干扰传热；

（3）声空化方向：其对传热的作用并不会由于其强度的提高而失去，超声换能器正对实验件时换热效果强；

（4）液体温度：高温实验工质使单相对流换热效果有所提高，然而该作用效果与声空化强度之间存在着一定的负相关性。

因此，声空化强化单相对流传热的机理是声空化场的热效应及空化气泡在传热表面的局部微射流、强烈射流。
 

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