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气液两相流的振荡流动与传热现象关系到国防和车辆工程等领域的工程问题,也是流体传热传质的经典问题之一,具有重要的理论意义和工程应用背景。两相流的振荡流动过程是一个多维、多相、非定常的瞬态运动过程,同时由于振荡两相流的对流换热系数高,还能强化换热。为了加深对两相流振荡流动与传热特性的了解,揭示其振荡传热机理,作者开展了针对两相流振荡流动与传热过程的实验研究和数值计算模型研究。主要研究内容及结论如下:分别采用RNG k-ε、Realizable k-ε和SST k-ω湍流模型对圆柱空腔内两相流振荡流动与传热过程以及活塞冷却油腔中机油的振荡冷却过程进行了数值模拟,重点研究了两相流在各个关键位置处的流动形态、壁面换热系数随曲轴转角的变化规律以及壁面换热系数随转速的变化规律,将仿真结果与实验结果进行对比研究,发现SST k-ω模型的计算精度最高,但是随着雷诺数的上升计算精度会下降。针对两相流振荡流动与传热过程的多相流模型进行了研究,在VOF模型的基础上引入Level Set函数形成CLSVOF耦合模型,通过研究发现:C LSVOF模型能够有效模拟出两相流的瞬态分布状况和动态变化规律,换热系数计算值的误差增幅稳定在0.6%左右,可见CLSVOF模型的计算准确度要明显高于VOF模型。设计并搭建了能同时进行振荡流动可视化观测实验和温度测量实验的振荡实验平台,研制了运动件加热装置和实验件。通过振荡流动可视化观测实验,获得了雷诺数和填充率对两相流振荡流动形态的影响规律,发现雷诺数主要影响两相流中气泡的状态和湍流强度,而填充率主要影响两相流的流动形态和运动规律。通过温度测量实验,获得了空腔壁面温度、壁面循环平均换热系数随雷诺数和填充率的变化规律,根据实验数据拟合得到矩形空腔振荡传热的实验关联式,该关联式考虑了速度、填充率以及流体物性参数对振荡传热的影响,预测结果更为准确。将数值模拟和实验研究相结合,对气液两相流振荡流动与传热的机理进行了分析研究,发现雷诺数的增大会导致涡量场的变化,在气液两相的分界面两侧,两相的速度梯度相反且大小非常接近,梯度变化不大;随着雷诺数的增大,液体含气率上升,而气泡尺度却逐渐下降,流场的湍流脉动增强,说明雷诺数是影响流场结构稳定与否的根本因素。在本文研究的雷诺数范围内,两相流振荡强化换热的效果主要取决于液体填充率,而雷诺数的大小主要影响流场的稳定性。