微小扰流元件对阵列冲击冷却流动换热的影响

通过实验方法,开展了Re数,冲击高度Z/D,微小扰流元件高度对阵列冲击冷却流动换热特性影响的研究。微小扰流元件的形状为长方体,尺寸为0.4 mm×0.4 mm(长×宽)。冲击孔直径D=4mm,孔间距X/D=Y/D=4,冲击距离Z/D的范围为0.75和3,微小扰流元件高度的范围为0.05D、0.2D、0.4D.对于冲击距离Z/D=0.75,Re数(基于冲击孔直径)的范围为2500～10000;对于冲击距离Z/D=3,Re数范围为5000～20000.结果显示,在微小扰流元件存在的情况下,换热系数显著增强,在本文实验工况下,换热增强达到30%～120%,同时,出流系数基本不变.     

FC—72圆形射流冲击模拟电子芯片单相局部对流传热的实验研究

以最新微电子设备冷却剂ＦＣ－７２为工质，实验研究了自由和浸没情况下，圆形射流冲击５ｍｍ×５ｍｍ模拟电子芯片的局部对流换热情况。喷嘴直径ｄ＝０．９８７ｍｍ，Ｒｅ数范围为３４８８～４２６４４。测定了自由和侵没情况下驻点换热及换热系数的径向分布，讨论了雷诺数、喷嘴一传热面间距的影响。首次发现ＦＣ—７２自由射流在高Ｒｅ数下，随着喷射间距的增加，驻点换热得到加强，而浸没射流随喷射间距的增大，驻点换热出现非单调性变化；给出了喷射间距ｚ／ｄ＝４时驻点换热系数的关联式，并与其它工质的已有结果进行了比较；对换热系数径向分布的研究表明，与自由射流不同，浸没射流分布曲线上明显出现由层流向湍流过渡所引起的二次峰值。     

脉冲流冲击冷却换热的液晶显示实验研究

采用热色液晶定量测温技术对稳态及脉冲式空气-氮气圆形浸没射流冲击冷却换热进行了实验研究.脉冲射流的实验结果表明,对于喷嘴直径D=3 mm的情形,无论脉冲频率高低,均无强化换热效果;对于D=I0 mm的情形,在较高Re数时出现个别工况的驻点换热强化.脉冲射流表现出换热系数沿径向分布趋于均匀的特点.     

狭窄通道具有针肋的表面冲击冷却实验研究

本文通过热敏液晶瞬态测量技术对狭窄空间内的光滑靶板和带有针肋扰流的表面冲击冷却展开了实验研究,射流Reynolds数范围15000~30000。实验获得了冲击靶板表面高精度的局部Nusselt数分布,通过分析获得了如下结论:1)两种靶板上的横向平均Nusselt数比Nu/(Re~(0.8)Pr~(1/3))变化趋势均几乎不随Re数变化;2)带有针肋的表面冲击冷却其端壁平均传热性能比光滑靶板高约7.0%,压力损失最大提高约17.9%;3)带有针肋的表面冲击靶板上传热驻点的分布与光滑靶板几乎一致,针肋的存在不影响横流导致的射流偏移作用;4)由于针肋显著地增加了冲击冷却系统中的换热面积,因此针肋表面的射流冲击总体传热性能会比光滑表面射流冲击显著提高。     

自激励旋进射流的流场及换热模拟

本文使用大涡模拟模型对自激励旋进射流的内部流场和冲击平板换热的温度场进行数值模拟,得到了不同进口Re数和不同膨胀比情况下的旋进射流的内部流场和冲击平板的温度场,并在此基础上分析了不同进口Re数和不同膨胀比对换热Nu数的影响.数值模拟表明,在本文所研究的进口Re数和膨胀比的变化范围内可以得到自激励旋进射流,射流对加热平板的冷却具有不对称的特征,Re数和膨胀比的增加对Nu数都有影响.     

薄膜自激拍打射流的流动特性实验

在射流喷嘴出口处安装一端固定的柔性薄膜,在流速足够大时,射流和柔性膜相互诱导产生自激拍打作用,针对这一现象,提出了一种新型的自激拍打射流混合技术。在直径D=40 mm的渐缩喷嘴上固定长度L=(0.5～2)D和厚度δ=50μm的氟化乙烯丙烯共聚物(fluorinated ethylene propylene, FEP)薄膜,使用压差计测量了光滑渐缩喷嘴以及薄膜拍打运动所引起的压力损失。通过激光片光源和高速相机进行薄膜运动状态的显示和拍打幅度的测定,探究了拍打幅度受薄膜长度和Re的影响及其变化规律,利用测得的拍打幅度(A)和频率(f)作为Strouhal数(St=fA/U_o,U_o是射流的出口速度)的特征尺寸进行研究。在Re=3×10⁴的条件下,使用热线风速仪测量了在不同薄膜长度下拍打射流轴向速度沿中心线的分布,并对湍流度、概率密度函数等特征进行分析。此外,经过数字迭代滤波后获得射流沿中心线的积分尺度、 Taylor尺度和Kolmogorov尺度等统计量。实验结果显示,拍打射流的湍流度高于自由射流,意味着前者对周围流体具有更强...     

自由液面高度对圆柱绕流特性的影响

本文采用有限体积法和VOF方法,对不同自由液面高度(Z=1D~4D,其中D为圆柱直径)下的圆柱绕流进行了数值研究。研究1×10~4≤Re≤7×10~4范围内,自由液面高度对圆柱绕流流场动力学特性和尾迹旋涡形态的影响。结果表明:自由液面的存在会导致圆柱的阻力系数和升力系数较无自由液面时减小。当Re一定时,阻力系数随着Z的增大而减小,升力系数随着Z的增大而增大。Z=1D时,自由液面的波动和变形较大,圆柱后旋涡形成受到自由液面的扰动,无法完全形成即脱落。随着Z增大,圆柱边界层逐渐向下拉伸,自由液面对圆柱后旋涡形成的扰动作用减弱。当.Z=4D时,圆柱后尾迹旋涡形态已经基本与无自由液面流场的一致,可以观察到标准的卡门涡街图像。     

涡轮机匣内部冷却结构换热特性的实验研究

为获得涡轮机匣内部冷却结构的换热特性,利用瞬态液晶技术测量了动力涡轮机匣中环腔及机匣后腔内表面的换热系数,获得了进口雷诺数(Re=3.0×10~4～9.5×10~4)和出流比(M=0.5～2.0)影响下机匣内表面的换热规律。结果表明:机匣内表面换热系数随射流雷诺数的增大而升高,冲击射流在轴向及周向的发展使得环腔表面形成三角形和圆形高换热区。射流冲击倾斜靶面后,贴壁射流对后腔上表面形成二次冲击,提升了局部换热系数。对后腔下表面而言,随着出流比的增加,冲击靶面上游区域平均努塞尔数逐渐增加,最大增幅分别为8.5%和12.3%,而靶面下游区域平均努塞尔数逐渐减小,最大降幅分别为18.5%、26.3%和34.6%。对后腔上表面而言,出流比的增大对换热系数影响很小。     

磁性液体对射流冲击传热的强化

本文对磁液应用于射流冲击传热的影响进行了实验研究。采用变压器油和煤油基磁液ＣＩ－２０Ｂ作为工质,把 １３×５ ｍｍ的康铜金属膜作为加热面和传热面,进行自由表面液体窄缝射流冲击,使用的喷嘴窄缝宽度为 ２５０微米,射流速度变化范围 ５．７ ｍ／ｓ～８．５ ｍ／ｓ。分别对附加磁液前后的射流传热实验结果进行比较,表明磁液的使用对射流冲击传热具有一定的强化。     

油基钻屑螺纹推进式换热器流动传热特性

对油基钻屑在螺纹推进式换热器内的流动换热过程进行了数值模拟,研究了螺杆转速、油基钻屑雷诺数Re和螺纹截面形状对流动换热的影响。结果表明:随着螺杆转速增加,传热系数、油基钻屑出口温度均增大;同时发现,当雷诺数Re<250时,壳侧Nusselt数随雷诺数Re增大而迅速增大,此后雷诺数对Nusselt数影响较小;Nusselt数随曲率比d_i/D增大而增大。为方便工程设计,利用数值结果给出了油基钻屑的流动换热关系式。     

垂直管内音速蒸汽射流凝结汽羽形状研究

本文针对质量流量376～773 kg·m^-2·s^-1的饱和蒸汽在温度变化范围为10～55℃流动水中形成的音速蒸汽射流凝结进行了实验研究。实验观察到了四种不同的汽羽形状,并且汽羽形状受Re影响较大。当Re与凝结驱动势减小时,最大膨胀比和汽羽喷射长度增大,其值小于蒸汽音速射流在静止水中的情况。本文给出了汽羽喷射长度实验关联式,大多数实验数据与预测值的误差小于10%。     

偏流板距离对亚声速射流冲击宽频噪声特性的影响

通过全消声室实验研究了不同冲击距离(L)下亚声速射流宽频噪声特性。利用远场传声器获得L=30D～2D (D为喷口直径)的噪声数据,并详细分析了频谱特性。试验结果表明,减小冲击距离:(1)上游所有频段的噪声都明显上升,极角α=120°总声压级(OASPL)在L <10D时增加了10～17 dB;(2)下游α=30°的噪声能量向低频转移,且频谱在L <10D时变化不明显;(3)偏流板产生噪声的中、高频段对边线影响较小, α=90°的频谱迅速衰减,在L <10D时形成陡峭的峰值。研究证实在噪声最强的方向(α=120°),随冲击距离的减小偏流板贡献的噪声功率占比呈线性增加。冲击距离小于势流核时,偏流板贡献大部分噪声能量, L=7D～5D时占比超过80%。另外射流冲击产生的噪声指向性明显,冲击噪声和后缘分离噪声在不同方向取得主导地位,相应频谱分别在上游和下游呈现高频主导和低频占优的特性。     

细小圆管内液体流动特性实验研究

本文实验研究了去离子水在直径为 1.0～2.0 mm 的细小圆管中的流动阻力特性.通过比较相同直径、不同管长的压差,获得了摩擦因子及局部损失系数随 Re 数变化关系.本文实验条件下,对于不同直径的细小圆管,沿程压降及局部压降随流速变化趋势一致;随着管径减小,摩擦因子也减小,且在层流区和湍流区内均要比常规尺度条件下的小;对于不同直径的细小圆管,局部损失系数随 Re 数变化趋势基本一致,当 Re 数相同时,管径越小,对应的局部损失系数越大;对于直径为 1.0～2.0 mm 的细小圆管,临界雷诺数 Rec=2050～2300.     

信号组合对周期性射流冲击换热的影响

利用信号发生器控制质量流量控制仪来产生波形和频率可调的周期性变化的非稳态射流,实验研究了由标准矩形、正弦、锯齿和跳变脉冲信号组合产生的周期性波形的冲击换热性能,频率范围1.25 Hz~20 Hz。研究表明,信号组合后的非稳态射流对平板换热的平均换热系数有一定影响,射流冲击换热的无量纲平均Nu数在滞止点及其周围的改变主要取决于信号的变化规律和变化的频率;跳变信号的加入可以在一定程度上增加被冲击平板的平均Nu数;组合的正弦矩形和锯齿矩形非稳态射流在频率增加到10 Hz之后可以获得比稳态射流增强的换热效果。     

圆管潜射流生成偶极子涡特性实验

利用溢流恒压装置产生具有稳定出流速度的圆管潜射流, 结合染色液流态显示方法, 在多种射流无量纲潜深d/H、雷诺数Re以及限制数C的组合下, 实验研究了该潜射流动量在有限深密度均匀流体中的演化特性, 其中d为射流潜深, H为水深. 研究表明, 当C<1时潜射流表现为深水特征, 而当1≤ C<2时潜射流表现为过渡特征, 在这两种情况下均不产生任何形式的大尺度相干结构; 当2≤ C<10时潜射流表现为浅水特征, 而C≥10时潜射流表现为极浅水特征, 在这两种情况下均产生大尺度的偶极子涡结构. 对极浅水特征潜射流, 在各种无量纲潜深下, 偶极子涡结构的无量纲形成时间t_f^*与无量纲射流时间T_inj^*均满足相同的正比例关系; 对浅水特征潜射流, 当d/H=0.5时, t_f^*与T_inj^*满足某种线性关系, 但对其他无量纲潜深, t_f^*与T_inj^*之间无明显规律. 关键词： 圆管潜射流 限制数 偶极子涡结构 形成时间     

高Pr数液体圆形自由射流局部恢复系数及换热特性的实验研究

1前言射流冲击对流换热具有非常高的换热系数山，按工质种类可分为气体射流和液体射流。射流冲击特别是以液体为工质的射流具有极高的换热率山。在实际应用中，空气射流一般都具有较高的流速。在射流速度极高，不能忽略粘性耗散的情况下，要用壁面温度见与射流的绝热壁温Ta。之差来定义对流换热系数h：h二q八Tw一见。）（1）式中绝热壁温定义为Taw一Ti＋，。‘／（iC）（z）其中，为恢复系数，。为射流出口流速，or为定压比热，Ti为射流静温。对于射流冲击换热，上述公式最先在Gardon和Cobonpue关于高流速空气射流的文章问中报道，并为…     

蒸汽浸没射流引起的紊流区轴向温度分布研究

本文采用紊态扩散模型分析了蒸汽浸没射流凝结过程,通过假设紊流区为单相水轴对称流动,利用自由紊动射流理论得到了紊流区轴向温度的计算公式。根据先前给出的温度特性半宽的实验关联式,得到蒸汽浸没射流引起的紊流区单相水射流的虚源,从而给出了计算紊流区轴向温度的半经验公式。本文中利用无量纲穿透长度确定了紊流区的起点位置,在此紊流区范围内,轴向温度的计算值和实验值吻合得较好,相对误差基本在±5%以内。     

轴对称受限射流冲击尖端障碍物流声特性

本文研究了障碍物位于流场不同位置时轴对称射流冲击尖劈障碍物流动和声学特性。应用大涡模型(LES)数值模拟了受限射流流动特性和FW-H方程数值积分求解了远声场噪声频谱和声压级特性,并与自由射流模拟结果进行对比分析。模拟结果表明当障碍物位于自由射流流场转折界面处,自由射流涡环配对失败,使得自由射流主要噪声源被破坏,受限射流声源为障碍物产生的偶极子声源;当障碍物位于自由射流流场充分发展区,自由射流主要声源涡环配对完成,声源为自由射流段四极子声源和障碍物产生的偶极子声源,且随着离喷嘴距离增加,障碍物处流体流动速度减小,远声场相同位置声压级值逐渐减小。     

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设计建立了同轴圆柱介质阻挡放电线状射流装置,并利用其实现了宽度为50mm的大尺度线状射流,并对射流长度随放电参数的变化进行了研究.研究发现,随气压、流量的增加,射流长度呈先增加后达到饱和;随激励电压的增加,射流长度增加.对氮气射流等离子体进行发射光谱诊断,表明氮气等离子体中主要是氮分子和少量氮原子,并利用光谱拟合得出射流的温度范围为290～350K.     

基于Isight的二元进气道压缩楔射流控制参数优化

二元进气道常用于宽速域吸气式飞行器。宽速域飞行器的飞行速域较大,进气道要兼顾高低速条件下的飞行要求,这存在一定的困难。利用射流进行前体激波控制,在一定程度上可以改善流场,并提升进气道性能,但现有的射流激励方案仅是将激波推至唇口,不一定使得进气道达到最优性能或造成射流流量过多损失,因此射流控制参数的优化是一个重要问题。基于Isight软件搭建优化流程,采用Hooke-Jeeves优化方法,以射流角度、射流宽度以及射流位置作为优化变量,流量系数作为约束条件,总压恢复系数最大作为目标函数进行优化,探究了来流Mach数为6时不同射流参数对进气道性能的影响。结果表明,Hooke-Jeeves优化方法可以应用于进气道前体射流控制参数优化问题,优化后的进气道能够满足流量系数的要求,射流角度优化后的总压恢复系数相对于无射流方案提升18%,综合优化后的总压恢复系数相对于仅优化射流角度提升2.82%。