倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

半封闭圆管冲击射流湍流换热数值模拟

采用标准κ-ε模型、RNGκ—ε模型结合壁面函数以及低雷诺数κ—ε模型，对半封闭圆管冲击射流流场的平均速度、湍动能分布和Nu数分布进行了数值计算，并将此3种模型的计算结果与文献中的测量结果进行了比较．结果表明：3种湍流模型都未能完全准确地预测冲击射流场的流动特性与传热特性，其中标准κ—ε模型和低雷诺数κ—ε模型的结果很差，而RNGκ—ε模型的结果与其它两种模型相比更接近实验值。     

高温、高速冲击射流传热特性的影响因素分析

为了研究高温、高速燃气射流冲击导流板的传热特性,对高温、高速燃气射流冲击传热特性进行仿真和实验研究,确定了SST-SAS模型的准确性.在此基础上,研究了不同入口条件（湍流强度、口径、速度/温度比）,及板间距、倾斜角度、板体温度等因素对板面Nu数分布、高温冲击面积的影响,并对高温冲击区的平均Nu数进行了统计分析,结果表明:湍流强度、速度温度比、板间距和倾斜角度对板面Nu数分布以及高温冲击面积产生较大的影响,而入口口径和壁面温度对其影响不大;并且高温冲击面积的平均Nu数的变化与高温冲击面积的变化正好相反,且数值比低温、低速冲击射流的Nu数高1个数量级,取值范围为1 321～3 873.      

加热炉射流传热模型的考核

研究了圆筒型加热炉辐射室的传热计算，辐射采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法，对流采用射流模型，对比计算与实验结果基本符合，具有一定的实用价值。     

圆形液体浸没射流冲击核沸腾传热的实验研究

以R113为工质,通过实验系统研究了圆形浸没射流冲击下射流出口速度、喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、液体流动方向及过冷度等对核沸腾传热曲线及临界热流密度的影响.结果表明:同一过冷度下的池核沸腾和冲击核沸腾曲线可以用统一的关联式来表达;提出的过渡沸腾传热表达式可以很好的用来关联实验数据;而临界热流密度随着速度增加及离驻点距离的减小而提高.     

组合式射流冲击冷却壁面稳态传热特性仿真分析

射流冲击是一种具有较高的局部换热效率的换热方式,具有重要的工程应用价值.以流体仿真软件Fluent为工具,设计了多个喷嘴组合式的射流冲击冷却模型,研究了组合式射流垂直和倾斜冲击壁面时的稳态传热过程,讨论了喷嘴倾角和间距对壁面传热特性的影响.发现随着斜喷嘴倾角增大,组合式射流的壁面平均努塞尔数先逐渐增大然后减小;组合式射流继承了单束直射流和斜射流的优点,在保证滞止区传热效率较高的同时,有效地提高了射流下游的传热效率并使壁温分布更加均匀;当斜喷嘴靠近直喷嘴时,组合式射流整体传热特性与单束斜射流相似;当沿横向和纵向增大斜喷嘴与直喷嘴间距时,壁面平均努塞尔数均增大.     

稳态射流数值模拟中速度参量对传热的影响机制分析

对文献中多个槽缝冲击射流的经典实验结果进行数值模拟,考察RNG k-ε和Transition SST湍流模型的表现,主要分析射流出口中心线和展向、壁面射流区域的雷诺时均速度和湍流度分布,以及靶面换热效果与流场模拟结果之间的关系.模拟结果表明,与Transition SST湍流模型相比,RNG k-ε模型的结果表现出更强的湍流粘性,使得其中心线上速度衰减较快,该效果可能导致低估靶面上的冲击换热效果;而在冲击滞止区域,RNG k-ε湍流模型结果表现出过高的湍动能,该效果可能导致高估靶面上的冲击换热效果.因此,当射流雷诺数较小时,Transition SST模型所得滞止区换热系数要高于RNG k-ε模型的结果,反之亦然;而在壁面射流区域,RNG k-ε模型对于流场速度的模拟较好,但相应区域的传热模拟并没有表现出明显的优越性.     

L12378圆形射流冲击和浸没冷却传热

以最新微电子设备冷却剂L12378为工质,首次试验研究了用圆形自由射流冲击模式电子芯片的局部对流换热的情况,测定了驻点换热系数的径向分布,发现驻点换热随射流Re数和热流密度的增加及喷嘴直么和喷距的减小而增强,自然对流数据表明小尺寸换热率比预算值高出3倍,严格按照沸腾传热试验程序得到了过冷度为24K时的池沸腾传热曲线。     

射流冲击冷却过程的数值研究

由于冲击射流流场较为复杂,为准确描述其流动和换热过程,需要选择合适的湍流模型和壁面函数.分别采用κ-ε模型(Standard,RNG和Realizable)、κ-ω模型(Standard和SST)和低雷诺数模型(AB,AKN,CHC,YS,LB,LS和YS)进行对比计算.对于壁面区域,考察了标准壁面函数、尺度化壁面函数、非平衡壁面函数和增强型壁面函数的影响.探讨了速度场和湍动能场的分布规律,获得了与实验一致的结果,为今后活塞底部喷油冷却的数值模拟提供基础.     

机舱通风口冲击射流湍流特征分析及验证

以机舱个性化通风口为背景,对自由射流加壁面冲击射流,采用几种湍流模型数值分析了10倍冲击高度、雷诺数为9,000的气流遇到冲击板后湍流脉动、流动转折等流动特征.探讨了湍流模型对冲击射流关键位置平均速度、脉动速度以及雷诺应力等流动参数特征的模拟能力,通过与实验测量结果的对比,确定了湍流模型在冲击射流中的适用性和局限性.综合来看,Relizable k-ε模型可以得到与实验值较好的符合度,但在近壁面区域会略有偏差.分析结果认为将RANS和LES组合将是开展实际机舱内通风口射流研究的最佳策略.     

二维射流冲击形状记忆合金驱动器的瞬态传热

用数值和实验两种方法对射流冷却、加热形状记忆合金驱动器进行研究.控制方程采用守恒形式和标准二维不可压缩k-ε紊流模型,流体和固体的耦合边界上采用与形状记忆合金相关的动、静边界条件两种形式分别进行计算,并比较了两种边界条件下射流换热效果.分析了射流速度、射流周期对换热的影响,设计了一套交变射流的实验装置,并对射流加热和冷却形状记忆合金驱动器进行了实验研究.结果表明:静边界条件下形状记忆合金驱动器温度稍高于动边界条件;射流速度越大、射流周期越长,形状记忆合金温度和形变的波动范围也就越大;实验数据与数值计算的结果吻合较好.研究结果对于以形状记忆合金作为热驱动元件的设计具有一定的指导意义.     

高温高速气流冲击下气流挡板的换热性能研究

在高温高速气流喷口后方设置倾斜气流挡板,使气流沿着挡板角度射入周围环境,达到减少对周围相关人员和设备的影响.同时为满足对挡板的使用要求,降低挡板表面的温度,对其换热过程进行分析,发现挡板表面空气层在换热中为主要影响因素.涂层表面粗糙度和挡板顶部边缘的锐角都会对边界层产生扰动,进而影响换热.采用FLUENT软件对挡板阻挡高温高速气流在不同工况条件下的影响因素及其耦合特性进行数值模拟仿真研究,结果显示,适当的涂层表面粗糙度,使传入挡板的热量减少3%~7%;挡板边缘倒圆角后,顶部温度下降10%.     

缓进给磨削时磨削弧区径向射流冲击强化换热技术的应用

在分析缓进给磨削时烧伤机理的基础上,提出了高压射流冲击强化磨削弧区换热的创新构想,并通过传热学基础实验研究了射流冲击强化换热的传热特征,研制了能实现磨削弧区径向射流定向冲击强化换热的工艺装置,并通过缓进给断续磨削实验其换热效果,结果表明,射流冲击强化换热技术确是提高弧区换热效率的有效方法,且弧区径向射流速度越高,换热效果越好,在解决难加工材料磨削烧伤方面具有广阔的应用前景。     

方柱微结构芯片射流冲击流动沸腾换热实验研究

对喷射条件下的电子芯片在FC-72中的流动沸腾换热进行了研究,并和同工况下的光滑芯片作了对比.实验选取的工况如下:过冷度为25、35℃;横流速度Vc为0.5、1、1.5m/s;喷射速度Vj为0、1、2m/s.实验采用的硅片尺寸为10mm×10mm×0.5mm,通过干腐蚀技术在其表面加工出30μm×120μm、50μm×120μm的方柱微结构.实验表明,所有芯片的换热性能都随过冷度和流速的增加而提高,方柱微结构能明显地强化芯片换热,而射流冲击进一步提高了芯片在高热流密度下的换热性能.同一横流速度下,喷射速度越大,换热性能越好,尤其是Vc=0.5m/s、Vj=2m/s时,强化效果最显著.随着横流速度的增加,射流冲击的强化效果减弱,临界热流密度值增幅减小.     

对撞流干燥的传热传质特性

对对撞流的传热传质过程进行了理论分析 ,论证了对撞流这一干燥形式强化传热传质过程的原理。设计了同轴对撞流干燥器 ,进行了对撞流强化传热传质过程的试验验证 ,总结了对撞流强化传热传质的特点和影响传热传质的因素     

带扰流柱阵的双层壁间隙冲击传热特性

数值模拟研究了带扰流柱阵的双层壁结构间隙靶面、冲击面以及不同位置扰流柱面努塞尔数详细分布,分析了各个表面努塞尔数平均值随冲击雷诺数的变化规律以及不同位置扰流柱面换热特性差别。结果表明,靶面努赛尔数的第二峰值大于滞止点处的努赛尔数。冲击面展向平均努赛尔数最大值位于靠近冲击孔的第2排和第4排扰流柱处。在5排扰流柱中,与冲击孔处于同一排(第3排)的扰流柱面平均努塞尔数最大,表现为翻卷汇流传热特性;第2排和第4排扰流柱面平均努塞尔数次之,表现为翻卷绕流传热特性。远离冲击孔的第1排和第5排扰流柱面平均努塞尔数最小,表现为绕流传热特性。冲击雷诺数从1×10⁴增加到6×10⁴,第3排扰流柱面和第2、4排扰流柱面以及第1、5排扰流柱面努塞尔数增幅分别为306%、325%和360%。     

考虑转捩的气冷涡轮气热耦合仿真

以NASA-MARKⅡ跨音速涡轮叶片以及某低压涡轮导叶为例进行了考虑转捩的气热耦合计算. 首先开发了有限差分气热耦合求解器,采用直接耦合方法进行流固区域的数据传递,并采用AGS代数转捩模型来预测叶片表面的转捩流动现象. 然后以NASA-MARKⅡ叶片的5411号试验工况为例对该转捩模型进行了验证,对比表明AGS模型能够预测叶片表面的转捩流动过程,所预测的叶片表面温度分布与对流换热系数分布和实验值吻合较好. 最后采用该耦合求解器对某双腔内冷以及尾缘劈缝的低压涡轮进行气热耦合计算,对叶片的热负荷进行了分析.      

喷射角度和喷嘴数对旋流冷却流动与传热特性的影响

针对喷射角度和喷嘴数影响旋流冷却流动和传热特性的问题,采用数值方法进行了研究。研究时冷气通过不同的喷嘴进口进入旋流腔并经旋流腔出口流出,当变化喷嘴数时,保持喷嘴进口在轴向上均匀分布。研究结果表明:冷气从喷嘴射入旋流腔,冲刷壁面并与轴向主流强烈混合,形成了高传热区域;换热强度在轴向和周向沿下游逐渐减弱,高传热区域在下游向出口偏移。喷射角度远离90°时,冷气旋流运动减弱,传热强度减小;随着喷嘴数的增多,冷气喷射速度减小,高传热区换热强度减小,冷气周向速度和靶面传热强度分布更为均匀;平均努塞尔数随着喷射角度和喷嘴数的增大而先增大后减小,在喷射角为90°、喷嘴数为9时平均努塞尔数最大;总压损失系数随着喷射角度和喷嘴数的增大而增大。与简单圆管旋流冷却模型相比,喷射角为90°、喷嘴数为9的旋流腔结构的换热特性更加优良。     

操作参数对等离子体射流传热和流动的影响

应用大气压热等离子体射流传热与流动的三维数学模型,预测了氩等离子体射流射入空气环境时的温度、速度及卷吸空气质量分数分布,并与文献中同等条件下的实验结果进行了比较,结果相吻合.在此基础上,分析了射流入口温度和速度变化、工作气体中添加高导热系数气体以及液料注入对射流卷吸环境空气和热等离子体射流传热与流动过程的影响.