截面形状对旋转扰流柱通道流动换热特性的影响

摘要

为合理设计航空发动机涡轮动叶尾缘冷却结构,采用ANSYS FLUENT软件模拟了四种扰流柱截面形状在旋转状态下的流动换热特性。对比分析了不同旋转数(Ro)和不同扰流柱截面形状时通道内部的三维流场分布、湍流动能分布、努塞尔数(Nu)分布以及阻力系数。其中扰流柱的截面形状包含圆形、菱形、矩形和椭圆形,Ro数包含0、0.2、0.4和0.6四种数值。模拟过程中通道入口雷诺数为7000,壁面恒定热流为1000 W/m^(2)。结果表明,截面形状和旋转数对流动和换热状态有着显著影响,矩形扰流柱通道的换热系数和阻力系数最高;随着旋转数的增加,迎风面和背风面的换热系数差异逐渐增大;在旋转作用下,扰流柱尾缘区域出现了纵向二次流,该二次流显著破坏了壁面附近的边界层,有利于背风面换热增强。