冲击冷却流动与换热特性的数值模拟分析

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文围内射流有效度不受冲击间距的影响；同时给出了射流孔与靶板问距对努塞尔数的影响，总体努塞尔数分布特性不随着壁面与射流的间距变化，只是在间距较小时数值较大[7-91oOsama(1999)对单孔射流垂直冲击到固体表面时冲击射流的流场分布进行了分析，并将射流流场区分为自由射流区、驻点区以及壁面射流区三个部分[101。多排射流孔的布置有顺列和错列两种方式，对多排射流的研究能为冲击冷却的实际应用提供了更多的理论依据。Florschuetz等(1980)，Koopman和Sparrow(1976)指出了横向流对射流排的影响，射流

2、自射流孔喷出，在冲击靶面后沿着横向流动，从而改变相临射流的特性‘11。121。Florschuetz等(1987)研究了横向流对努塞尔数造成的影响，横向流使冲击射流发生偏移，虽然横向流增强了对流换热，但是横向流的存在削弱了冲击射流，降低了冷却效率，使平均努塞尔数降低。但是，当横向流的速度不高于射流的10％时，能够有效增强冲击冷却的效果，增大努塞尔数【l3I。Huang等(1996)对倾斜射流冲击冷却的传热系数分布进行了研究，指出由于横向流减弱了冲击射流的影响，而不能将倾斜射流变直，致使倾斜射流的传热系数比直孔的传热系数低【】4】。Huang等

3、(1998)研究了横向流的方向对冲击冷却造成的影响。通过对三种不同结构的实验研究，指出横向流的方向对传热系数分布能造成重要的影响【l川。Ekkad等(1999)采用顺排和错排的孔排布局研究了冲击冷却和气膜冷却共同使用的情况，针对各种布局采用了三种不同的出流方式。结果表明，错排排列时冲击冷却的换热效果优于顺排；对于无论顺排或错排哪种结构，壁面的平均努塞尔数都高于靶面无气膜孑L的情况ll61。1．3．2国内冲击冷却的研究现状国内对射流冲击冷却的研究起步较晚，20世纪八十年代初，郑际睿，王宝官对冲击冷却在透平叶片上的应用进行实验研究。文献[171研

4、究了单排圆形射流冲击半圆柱形凹面时换热情况，并测量了平均换热系数，同时利用最小二乘法，得出了实验的准则式。文献【18】通过实验，分析了多排圆射流的冲击换热特性，以便模拟透平叶型前缘的冲击冷却，指出多排圆射流的平均换热特性要优于单排圆射流，并得到了冲击间距和雷诺数对换热系数的影响[17-18]。李立国，江军等(1989)分析了某涡轮叶片中弦区的结构参数，对初始横流、冲击靶4第1苹绪论面带弦向肋片以及气膜孔按照规定压比排气的射流冲击冷却进行了实验研究，得到了具体的传热和流动规律㈣。李朝晖，李立国(1993)通过对射流雷诺数，叶片前缘的曲率与冲击孔

5、径之比，射孔间距比以及射流冲击间隙与冲击孔径之比等参数进行一系列的实验研究，分析了传热系数随孔间距与孔径之比(x／d和y／d)、前缘曲率与冲击孔径的比R／d以及冲击问距比z／d的变化而产生的影响【20】。张大林，常海萍等(1996)通过实验研究了有初始横向流情况下冲击壁面强化的换热特性，表明初始横向流能有效地提高粗糙壁面的换热能力；冲击距离存在着一个的最优值，能够有效的实现冲击换热㈨。王宝官，褚孝荣等(1996)对射流冲击冷却进行了实验研究，实验结果表明，横流对换热效率的影响在冲击间距径的比在1．027—2．333时比较大，而且靶面努塞尔数数

6、随着冲击间距的增加而增大；在冲击间距一定时，靶面的努塞尔数随着冲击雷诺数的增大而增加[221。张净玉，常海萍(2001)通过实验研究了在有初始横流情况下的粗糙壁面复合冷却技术，并指出了不同几何参数和流动参数对冲击冷却换热特性的影响，为冷却结构设计提出了有效的依据[23】。谭蕾等(2004)采用标准k～￡两方程湍流模型对有不均匀初始横流作用下冲击冷却的流动和传热过程进行了三维数值研究，得到了几何参数和流动参数等因素对冲击冷却流动传热特性的影响规律，尤其是射流孔和横流孔的相互匹配所导致的流动和换热特征[241o谢浩，张靖周(2005)应用标准k-

7、g两方程湍流模型对冲击冷却的流动与换热特性进行了数值模拟研究，主要分析了在错排方式下，射流雷诺数、相邻孔间距以及冲击距离对靶面换热效率的影响规律[251。刘军，吉洪湖(2005)选用RNGk一￡模型对某型低压涡轮导向叶片及其内部冷却结构．冲击管的流动和传热特性进行数值仿真分析。表明：冲击射流气体流量与孔径成正比，由于叶片前缘两侧的流动状况由于曲率不同而存在差异，因此两侧的对流换热系数也有所不同【26】。孔满昭，刘海涌等(2005)通过实验分析了涡轮叶片冲击冷却的流动特性，采用五孔探针仔细的测量孔内的流动特性，主要分析了不同的冲击雷诺数和不同的

8、冷却通道的高度比(冷却通道的高度和冲击孔直径的bgz／们对冲击孔内流场分布和流量分布的影响【271oS哈尔滨工程大学硕士学位论文刘海涌(2006)等用五孔探针对涡轮