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活塞驱动式自耦合射流强化传热特性研究

高珊  
【摘要】: 流动主动控制和强化换热技术一直是流体力学和工程热物理学科领域的研究重点,近年来,具有零质量射流特征的自耦合射流激发器吸引了众多研究者的关注。本文采用实验和数值模拟相结合的研究手段,对活塞驱动式自耦合射流的换热特性开展了较为详细的研究。 在数值计算方法上,将活塞的运动规律用具有周期性正弦曲线运动特征的方程来描述,基于FLUENT商用软件,通过编写用户自定义程序UDF,利用动网格技术对激发器腔体底面施加强制移动法则,实现了激发器腔体内外流场和温度场的三维非定常耦合计算。 对自耦合射流激发器的激励参数和几何结构进行了数值研究,获得了自耦合射流激发器的一些优化控制参数。研究表明,激发器的输入频率占了主导因素,直接决定了自耦合射流激发器的性能,随频率的增大,射流速度得到明显的提升。 开展了自耦合射流在强化换热方面的研究,得到了不同形状喷口的自耦合射流对靶板的冲击换热特性规律,同时分析了不同排列方式的多喷口自耦合射流对换热的相干作用。随冲击间距的增大,自耦合射流作用下的靶面换热效果呈现出先逐渐增强后逐渐衰减的变化趋势,存在最佳冲击间距值。在相同射流雷诺数下与常规射流的冲击冷却相比,自耦合射流的作用范围大,表明自耦合射流具有更强的夹带能力和穿透能力;对于多喷口的自耦合射流,通过大量的实验数据分析,其相干后的自耦合射流在顺排时对靶板的冲击换热效果要优于叉排。 开展了自耦合射流与横流共同作用下的换热特性研究,分析了两者相互作用的机制。一方面,横流的存在,对自耦合射流向冲击靶板的穿透有削弱影响,导致自耦合射流向下游偏转,不同程度地降低了自耦合射流的冲击换热效果;另一方面,自耦合射流与横流发生掺混也强化了横流的脉动程度。总体上看,二者共同作用的换热效果优于单纯的自耦合射流冲击和横流冲刷作用。


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