铝合金是一种性能优异、应用面广且需求量巨大的合金,它的广泛使用可使传统机械装置减重达60%以上。工业上常用交流感应加热方式对铝合金进行加热,但是这种方式的效率均低于50%,造成大量能源的消耗。而直流感应加热的原理是电机带动待加热的铝合金构件在均匀磁场中旋转,从而产生焦耳热并实现加热,其加热效率相比交流感应方式得到大幅提升,可达80%—90%。为了降低磁场线圈中的能量损耗,在本世纪初,一种基于超导磁体的直流感应加热装置被提出并已初步实现了产业化。然而,在针对这种装置的加热效率及温度分布控制等关键问题的研究过程中发现,数值模拟的结果与实验测量总是存在较大差异。原因之一在于待加热的铝合金构件在旋转过程中会引起其周围流场的显著改变,而以往的分析研究过程中均没有对此进行考虑。本硕士学位论文主要围绕水平旋转加热构件周围的热流场形态以及其对构件对流换热强度的影响开展研究,通过经典的Mach-Zehnder干涉光路与PIV测速仪对温度场与速度场进行了观测,基于统一的流场控制方程,分析对比了稳态流场和非稳定流场中的主导因素,主要结果如下:一、对于稳态流场,随着转速的逐渐增大,构件周围的尾流产生偏转,环流区域的温度边界层有一定的增厚,但是近壁面处的等温线与流线均呈同心圆环状,随后采用Fluent软件对这一现象进行了数值模拟。同时,采用场协同理论,发现空气的速度大小并不直接影响对流换热,定量的解释了对流换热标度律中的1/4次方关系式,进而定性解释了整体对流换热强度随着转速增大而略有下降这一实验现象。二、对于非稳定流场,即在中等转速下复现了前人所观测到的构件侧面温度条纹出现波浪形不稳定的现象,根据光干涉原理给出了这些条纹的物理意义,结合PIV实验中的示踪粒子图进一步证实了非稳定流场温度边界层具有的周期性膨胀收缩行为。三、通过比较控制方程中的主导力作用特征时间,发现随着转速增大,温度边界层中的主导力由原有的黏性力变成了科氏力与离心浮力。通过实验获取的不同直径构件上侧与下侧波浪形条纹出现时对应的转速,计算出相应的科氏力特征时间与黏性力特征时间相当,由此给出了当科氏力与黏性力量级相当的时候,温度边界层出现了不稳定膨胀收缩这一结论。另外,由于离心浮力与科氏力的量级也相当,进而认为离心浮力也参与了这一不稳定性,扩展了传统的边界层控制理论。