瓣型喷嘴射流冲击换热特性研究

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870218-S034学科分类号：080702硕士学位论文瓣型喷嘴射流冲击换热特性研究研究生姓名王博滟学科、专业热能工程研究方向传热与传质指导教师张靖周教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一七年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringStudyonConvectiveHeatTransferCharacteristicsofLo

2、bed-NozzleJetImpingementAThesisinThermalEngeryEngineeringbyWangBoyanAdvisedbyProf.ZhangJingzhouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhilosophyDecember,2017承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要飞机在含有过冷水滴的低温云层中飞行时，可能会发生结冰。结冰不仅会使飞机重量增加，气动外形被破坏，还会影响其空气动力特征，对飞行安全构成极大威胁。目前，常用的除冰方法中应用最广的是热气除冰系统，其除冰效果与热气的对流传热能力密切相关，所以引用较少的热

4、空气实现高效的热气防冰效果，是该系统发展的主要方向。本文以飞机热气防冰系统中的喷嘴为研究对象，采用数值方法揭示了不同冲击间距下瓣型射流和圆形射流的流动和换热特征差异并对波瓣喷嘴结构参数对射流冲击换热特性的影响展开分析。结果表明：喷嘴形状和波瓣喷嘴结构参数的影响与射流冲击间距密切相关，瓣型喷嘴在射流出口下游诱导出阵列的流向涡，强化了射流对周围流体的卷吸，导致瓣型射流的发展和冲击对流换热与常规圆形射流差异明显。在小冲击间距比下（H/d=2和4），内置瓣型射流的驻点换热能力最高，圆形射流最低，波瓣射流的驻点换热介于两种射流之间。当冲击间距

5、比为6时，圆形射流具有最高的驻点换热系数，内置瓣型射流的换热最低，波瓣射流的驻点对流换热相比于圆形射流有一定削弱；当冲击间距比达到8时，内置瓣型射流的驻点换热明显弱于波瓣射流，而波瓣射流和圆形射流的驻点对流换热则几乎相同。针对某特定的变曲率凹形靶板，开展了雷诺数为10000的瓣型喷嘴射流冲击换热特性的数值研究，揭示了凹形与平直靶板射流冲击的流动和换热特性差异，同时研究了波瓣喷嘴的布置形式和靶板宽高比对波瓣射流冲击换热特性的影响。结果表明：凹形靶板的壁面曲率效应对射流冲击具有明显的影响，射流冲击形成的壁面射流在前缘凹壁上出现分离泡，影

6、响冲击射流趋近靶面的速度分布，导致射流冲击凹形靶板的对流换热弱于平直靶板。本文还在数值模拟的基础上，实验研究了射流雷诺数、冲击间距比以及冲击靶板形状对瓣型喷嘴射流冲击靶板换热特性的影响，实验结果表明：以上各个因素对瓣型喷嘴冲击换热特性的影响与数值模拟的结果规律相同。射流雷诺数对瓣型射流和圆形射流各自的最佳冲击间距比以及射流驻点附近的对流换热具有较大的影响。关键词：瓣型喷嘴，射流冲击，流动特性，换热特性I瓣型喷嘴射流冲击换热特性研究ABSTRACTIn-flighticingisaserioushazardtotheflightsaf

7、etyundernaturalicingconditions.Iceaccretionwillnotonlyincreasetheweightoftheflight,butalsotheaerodynamicprofileandthusdegradetheflyingperformance.Atpresent,themostwidelyusedmethodofanti-icingisthehot-airanti-icingsystem,whichiscloselyrelatedtotheconvectiveheattransfera

8、bilityofhotair.Asthehotairusedforanti-icingpurposeisbledfromtheenginecompressor,therefore,usinglesshotairtoachieveeff