沖擊冷卻流動與換熱特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、沖擊射流能夠有效的提高局部傳熱系數(shù)，因而被廣泛的應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)熱端部件的冷卻中。作為一種內(nèi)部冷卻方式，沖擊冷卻的幾何參數(shù)和流動參數(shù)對換熱效率有著重要的影響。對冷卻效率的影響因素進(jìn)行研究，可以為優(yōu)化沖擊冷卻結(jié)構(gòu)、提高冷卻效率提供有效依據(jù)。基于這個背景，本文采用數(shù)值模擬的方法對其流動和換熱特性進(jìn)行了細(xì)致、系統(tǒng)的研究。
　　 本文的研究主要包括以下三個方面：一是對文獻(xiàn)[37]中的算例進(jìn)行數(shù)值計算，分析在數(shù)值模擬中不同湍流模型的優(yōu)劣，

2、選擇最合適的湍流模型；二是利用已經(jīng)確定的湍流模型，進(jìn)行射流沖擊冷卻的基礎(chǔ)研究，分析傳熱和流動特性的影響因素；三是為文獻(xiàn)[39]中的渦輪葉片設(shè)計沖擊冷卻結(jié)構(gòu)，檢驗(yàn)基礎(chǔ)研究的結(jié)論在實(shí)際工程中的實(shí)用性。
　　 在對沖擊冷卻流動和換熱特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究之后，得出以下主要結(jié)論：
　　 1、在沖擊冷卻中，兩側(cè)同時出流的冷卻效果好于單側(cè)出流，射流在沖擊腔中向著出流方向傾斜，靶板上的低溫區(qū)域也隨著產(chǎn)生偏移；傾斜射流不利于冷卻效率的提高

3、，射流導(dǎo)致靶板的低溫區(qū)域產(chǎn)生偏移；減小射流孔直徑可以有效的強(qiáng)化沖擊換熱，但是，孔徑的減小增大了射流的速度，增加了靶面溫度的不均勻性。
　　 2、在其它條件不變時，沖擊孔間距和沖擊間距存在著一個合理的取值范圍，在本文的計算工況內(nèi)，沖擊孔間距比的選擇應(yīng)該在4～5.6之間，而當(dāng)沖擊間距比Zn/d＝2時平均Nu數(shù)達(dá)到最大值。
　　 3、在本文的計算工況內(nèi)，當(dāng)沖擊間距Zn/d＝1和2時，順排的換熱效果優(yōu)于錯排；當(dāng)沖擊間距Zn/d＝

4、3和4時，錯排換熱效果優(yōu)于順排，同時，無論是錯排還是順排，初始橫向流都妨礙了沖擊冷卻的換熱。
　　 4、沖擊雷諾數(shù)越大，換熱效果越好，靶面平均Nu數(shù)隨Re數(shù)的增加呈線性變化；初始橫向流使沖擊冷卻的換熱效率降低，降低的幅度隨著流量的增加而增大，同時，由于橫向流的作用，射流向出口方向產(chǎn)生更加明顯的偏移。
　　 5、在渦輪葉片冷卻中，采用射流沖擊冷卻能夠得到很好的效果，同時，可以與沖擊冷卻基礎(chǔ)研究的結(jié)論緊密的結(jié)合起來，為實(shí)際工