随着科学技术的不断发展,高效率、低能耗的质热传递装置受到人们越来越多的关注。在这些装置中,周期性扩张-收缩的二维及三维流路得到了广泛的应用。这类装置的特点是在非湍流流动状态下,利用强制振动或自维持振动产生的不稳定的涡旋与主流的混合来达到强化质热传递速率的效果。很多研究者对二维及三维流路内的流体力学性能进行了研究。但是,在流动不稳定性及传递强化机理等方面没有得到公认的结论,特别是对于三维流路的研究。本论文旨在继承前人成果的基础上,确立本研究基点,即以实验研究为主,同时辅以适当数值模拟,来考察三维轴对称波壁流路内的流体力学性能和传递性能,描述流动不稳定性的特点,并与相关研究结果进行比较。本文的主要内容如下:第一章主要对前人关于二、三维流路的研究成果进行了回顾。研究表明,在二维流路内,导致流体从层流过渡到湍流的流动不稳定性由周期性的T-S波引起。研究还指出,在中等雷诺数下的过渡流流域内可以获得最佳的传递强化效果,在脉动流场下会发生共振强化现象。三维圆管的研究结果表明,其过渡流流域的流动不稳定性表现为间歇性的Puff及Slug现象。由于三维流路与二维流路的截面形状不同,研究者们推测,两种流路内的流动不稳定性可能不同。第二章介绍了本研究中所用的实验设备及实验方法。沿程阻力由U型管压差计测定;流动的可视化采用了铝尘法和染料注射法;同时对层流流动进行了数值模拟;传质速率及壁面剪切应力的测量采用电化学方法。第三章给出了实验结果。首先根据沿程阻力实验结果对流动状态进行了划分。电化学实验结果表明,壁面剪切应力和传质速率都随着雷诺数的增大而增大,但在不同的流域内其增大趋势不同,并且在过渡流流域内都存在着一个剧烈的突增。结合过渡流流域内流动的可视化结果发现,其流动不稳定性呈现出间歇性的特点,这是二维流路与三维流路最大的差异。结论部分对研究工作进行了总结,重点指出传质强化主要受流动不稳定性的影响,也就是过渡流的流动不稳定性大大提高了质量传递速率。第四章指出了将来工作的方向。