半封闭肋化通道射流冲击换热特性的数值和实验研究

摘要

射流冲击是一种极其有效的强化局部传热或传质的方法。对于冲击-逆向对流-气膜复合冷却的火焰筒结构而言，火焰筒壁面冷气侧的冲击冷却实质上是半封闭通道的冲击冷却，即冲击射流从冲击孔板喷出，冲击到换热靶面后形成壁面射流沿通道单方向流出。 针对半封闭通道冲击射流的特点，本文展开了以下几个方面的研究： 首先，对半封闭光滑通道内单、双排孔射流冲击冷却进行了数值研究，总结了各种流动参数和几何参数对局部换热特性的影响规律。对于单排射流，冲击冷却效果随射流雷诺数的增加、展向孔间距的减小而得到提高；在本文研究范围内，冲击间距与射流孔径比 1，2 时换热效果相差不大，且明显优于 3的情况。对于双排冲击射流，流向孔间距与孔径比的增加使冲击冷却范围变大，但两排孔之间区域的换热效果有所下降。 其次，对半封闭肋化通道单排孔射流冲击冷却进行了数值和实验研究，总结了各种流动参数和几何参数对局部、平均换热特性的影响规律，并将数值计算和实验结果进行了对比，得出以下结论：冲击间距比对通道肋化部分的换热影响较大，在本文研究范围内，冲击间距比为1时肋化部分换热最好；肋型对肋化通道的换热也产生了较大影响，通过对大量数值和实验数据的分析发现，V型肋化通道换热效果最好。 最后, 对单排冲击孔板在半封闭光滑、肋化通道内展开了流量系数的研究，在变化各种几何参数及流动参数的情况下由实验得出了冲击孔流量系数值，讨论并分析了各种因素对流量系数的影响趋势。