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卑山东工业大学学报..
第卷第期
乡一——
水平线热源自然对流中的
’热绕流实验研究

动力工程系董金昌赵有信清华大学过增元
‘———一
●‘, ——一
摘要用烟雾示踪和全息测温方法,在密闭空间条件下,对三种不同长经比的水平线
热源自然对流中的热绕流现象进行流场可视化及实验研究。热线的长径比为,,
。通过测量不同加热强度热残的热绕流区和全场温度,得到热绕流带与潭度足度
梏扯晓夫数的关系。这对热控制技术及热境流概念用于程设计中,具有一定的指导
意义,
关键词热绕动‘自然对流捧热;温度场热控盟‘/热绕流
中图分类号;, 、
前言
,使流线经过热区时改变方向,
热区的前缘和下游或上方形成边缘基本平行、并有一定长度和宽度的热绕流带。这种现
象在实际工程中已产生很大影响,如森林火灾对风力风向的影响,热喷漆技术中颗粒运
动的作用,射流混合过程中的穿透深度及燃机燃烧对气流的作用等。为此正引起一些研
究者的注意已有研究揭示流动系统中的热绕流现象日对小雷诺数的球形加热区,用摄
动法得到全场解析解证明热绕流现象的存在;采用数值模拟方法、模拟热绕流现象
用大功率气体激光器,非实体加热,显示热绕流流型。显然,这些工作已进一步揭示
了热绕流现象的本质。但是,由于受设备条件限制非实体加热和外部流动易受干扰影响
而使流场变得很复杂,因此给热绕流定量分析带来很大困难。本文试对在密闭空间中水平
热线在自然对流中的热绕流进行流场可视化和实验研究热线直径为. ,实体绕流
影响忽略不计并定量热绕流带和温度尺度数间的关系
收稿日期;】—一

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第期董盘昌等:水平线热源自然对流中的热绕流实验研究
实验装置与方法
. 实验装置
使用流体为空气。装置如图所示,用有机玻璃
制威庶面积为× ,高为的密闭一: 二:二,
容器,内置有离底面高度为的支架,直径.
的镍铬线涨紧固定在支架接线柱上,热线通过
稳压电源、调压器加热。单位长度热线的对流换热

量取决于其辐射换热量口和发热量,即口
一
一
。以表示黑体辐射常数,表示热线直径, 和
表示热线温度和实验室环境温度,,表示加电压、
电流量,则有
图实验装置示意因
一:【; : /
. 显示与测温
热绕流带的定量显示采用烟雾示踪方
法。热线的全场温度测量用全息两次曝光
法,光路如图所示。
. 实验方法
实验装置置于全息平台上。实验时,容
器内充满烟雾,烟雾浓度由烟、空气混合比
进行调节。热线未加热时先记录一张全息
图,调节热线加热量,由于热线产生热区, 口
按“热斥冷吸”原理,烟雾粒子排斥,则在热
线前缘和上方沿方向形成一条无烟区
域,适度照明即可显示暗区——热绕流区。~ 氦氖激光器;~ ~ 反
为避免外界扰动,应在稳定的工况下进行, 射镜,一扩束准直镜~ 柱
每一工况约稳定.。此时,第二次曝光, 面透镜~ 成像物镜一会聚
两张全息图叠加再现可获得该加热量下的透镜;一全息干扳一照相机
热线全