限流沿对撞壁射流近壁区混合过程影响的实验研究(二)

1前言本文的第一部分分析了射流气体撞击限流沿后的发展过程以及射流入射角、限流沿高度等对二次射流气体发展情况的影响。本文将详细分析射流气体撞击限流沿后所形成的二次射流的速度和浓度的分布规律,并利用标量耗散率描述了射流气体的混合情况。众所周知,混合是扩散火焰燃烧速度的控制因素。通常扩散燃烧区内的温度足以使燃烧化学反应瞬间完成,因此燃烧时间完全取决于混合时间,即燃烧反应的速率由混合速率来控制。RW．Bilger等[1]认为扩散燃烧反应只有当完全达到分子级混合时才发生,他们在研究中利用标量耗散率概念来描述分子级混…     

用速度浓度同步测量系统研究瞬态气体撞壁射流混合过程

用速度浓度同步测量系统研究瞬态气体撞壁射流混合过程谢辉，苏万华，史绍熙，林荣文（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津３０００７２）关键词撞壁射流，射流混合，速度浓度同步测量１引言对于中小型直喷式柴油机，燃油喷雾与壁面撞击不可避免，研究喷雾和壁面的相...     

中空液滴碰撞水平壁面数值分析

采用耦合水平集-体积分数法并综合考虑传热及接触热阻作用建立了中空液滴碰撞水平壁面数值模型,并验证了模型的可靠性.通过分析计算结果,获得了中空液滴与实心液滴撞壁的动力学特征差异,揭示了中空液滴撞壁流动传热机理和中心射流形成机制,探索了碰撞速度和壁面浸润性对中空液滴撞壁动力学和传热特性的影响.研究表明:中空液滴撞壁后中心射流特征明显,并伴随有射流收缩和液壳破碎等现象.中空液滴内部压力梯度是液滴铺展、中心射流产生和发展的主要原因;撞壁过程中中心射流表面温度分布较为均匀,破碎液壳表面温度分布波动较大.碰撞速度与中空液滴撞壁最大铺展系数的相关性较小,但其对无量纲射流长度和壁面平均热流密度的影响较大;壁面浸润性与中空液滴撞壁后期铺展系数的相关性较大,但其对无量纲射流长度和壁面平均热流密度的影响较小.     

喷雾撞壁后近壁区域火焰发展及碳烟生成研究

本文基于多尺度液滴撞壁形态提出了新的考虑了不同飞溅状态的撞壁模型。结合容弹实验研究了近壁区域喷雾撞壁后火焰发展过程,对影响近壁区燃烧过程及碳烟生成规律的边界温度进行了探讨。结果表明,环境温度和壁面温度对喷雾撞壁后的液膜沉积量以及后续的燃烧过程影响显著。碳烟产生峰值直接和壁面燃油沉积量呈正相关,而较高的近壁区域温度可加速燃油蒸发并减少燃油沉积量。燃油沉积量的不同,其火焰发展形式不同:当沉积燃油较少时,近壁混合气形成较快,从而维持了稳定的燃烧过程;而当沉积燃油较多时,近壁区域的燃烧呈现不稳定的池火过程。随着环境温度和壁温的增加,油膜燃烧时刻提前并形成可燃混合气,从而加速了碳烟的生成和氧化。     

压力面气膜冷却射流端壁效应研究

本文将燃气轮机透平叶片压力面气膜冷却射流对端壁气膜冷却的影响作为研究对象,实验件表面绝热壁面气膜有效度通过压力敏感漆(Pressure Sensitive Paint)技术进行测量,在不同压力面和端壁气膜冷却吹风比条件下获得了端壁表面气膜有效度分布.实验结果表明压力面气膜冷却射流与端壁气膜冷却射流间存在相互干扰,端壁气膜射流在压力面气膜射流的影响下会出现明显偏移和再分布,尤其是端壁下游的气膜覆盖特性对压力面射流极为敏感.同时本文也定量分析了压力面射流的端壁效应,对当地气膜有效度分布进行了多个位置的对比和分析.     

纳米通道内气体剪切流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了表面力场对纳米通道内气体剪切流动的影响规律.结果显示通道内的气体流动分为两个区域:受壁面力场影响的近壁区域和不受壁面力场影响的主流区域.近壁区域内,气体流动特性和气体动力学理论预测差别很大,密度和速度急剧增大并出现峰值,正应力变化剧烈且各向异性,剪切应力在距壁面一个分子直径处出现突变.主流区域的气体流动特性与气体动力学理论预测相符合,该区域内的密度、正应力与剪切应力均为恒定值,速度分布亦符合应力-应变的线性响应关系.不同通道高度及密度下,近壁区域的归一化密度、速度及应力分布一致,表明近壁区域的气体流动特性仅由壁面力场所决定.随着壁面对气体分子势能作用的增强,气体分子在近壁区域的密度和速度随之增大,直至形成吸附层,导致速度滑移消失.通过剪切应力与切向动量适应系数(TMAC)的关系,得到不同壁面势能作用下的TMAC值,结果表明壁面对气体分子的势能作用越强,气体分子越容易在壁面发生漫反射.     

近壁球形颗粒的曳力特性研究

本文研究了球形颗粒在近壁区域内的曳力特性,基于气体动理论方法推导得到了自由分子区内近壁颗粒沿垂直于平壁方向运动时所受曳力的表达式,其计算结果与直接蒙特卡洛模拟结果一致。计算并分析了动量适应系数、壁面温度等参数对近壁颗粒所受曳力的影响规律和机制。当壁面动量适应系数为零时,近壁效应消失;当壁面温度高于气体温度时,近壁效应使得颗粒所受曳力增大;当壁面温度低于气体温度且颗粒速度较小时,可能出现曳力方向与颗粒运动方向相同的情况。     

高温壁面液体射流冲击瞬态沸腾传热的实验研究

以水作为冷却介质,对高温壁面在射流冲击淬冷时的瞬态换热特性进行了实验研究,获得了介质在不同过冷度、不同射流速度下的完整沸腾曲线。实验结果表明。无论是增大工质过冷度还是提高射流速度,总会使得热壁面的冷却速率加大。在一定的过冷度和射流速度下壁温变化呈现快－慢－快的特点。临界热流密度随平均壁温变化率的增大而增大,二者之间存在线性关系．     

循环流化床膜式壁传热试验与模型

本文研究循环流化中膜式壁的传热规律．采用电加热膜式壁传热测量元件试验研究了固体颗粒悬浮密度，膜式壁传热测板长度和空截面流化气速对传热系数的影响．对颗粒团壁面更新传热模型中的重要参数颗粒团壁面覆盖率进行探讨，提出适宜于循环流化床密相区和稀相区中的K、Y值．     

冲击射流在凹坑壁面通道内的换热特性研究

采用热色液晶瞬态测温技术对航空发动机进气道支板的带凹坑壁面通道内表面开展冲击换热实验。研究了不同射流角度和射流雷诺数下通道内表面的换热特征。结果表明:沿流向在出气缝附近形成换热的高值区,在凹坑尾缘形成局部的高值区。凹坑壁面的换热要强于光滑壁面。随着射流雷诺数的增加,平均努塞尔数增大。当射流倾斜入射时,被冲击一侧换热较高,在驻点区域以及凹坑的尾缘换热最强,另一侧内壁面换热相对弱。射流角度30°时,被冲击面的换热最显著。在射流角度15°时,前缘附近的换热效果最强。     

小型直喷式柴油机燃烧室内喷雾碰壁的试验研究

本文采用透射光衰减法研究了小型直喷式柴油机燃烧室内喷雾碰壁特性，并与大气开放条件下和定容燃烧模型室内的研究结果进行了比较。在喷雾碰壁前后，当量喷雾锥角突然增大，然后减小。在正常涡流比条件下，燃烧室内涡流显著地影响壁面油柬的扩展，但未碰壁油束的弯曲量很小。着火前，在燃烧室内喷嘴附近混合气最不均匀。     

微射流阵列冲击恒热流壁面换热数值模拟

微射流冲击作为一种高热流冷却技术,在大功率激光器、微电子芯片等微型高热流器件冷却方面有广阔应用前景.本文对微射流阵列冲击恒热流表面的换热情况进行数值模拟,详细分析了微射流阵列的换热特点,对比了射流孔顺排和叉排方式的冷却性能,得出射流入口雷诺数、射流孔间距、射流高度等因素对冷却特性的影响规律.     

层流与湍流等离子体冲击射流特性比较

本文采用数值模拟方法,对层流与湍流氩等离子体射流在空气环境中冲击平板时的流动与传热特性进行了对比研究.结果表明,在平板和射流进口间的距离较大时,平板的存在只对其附近的射流参数分布有较大影响,层流等离子体冲击射流的温度与轴向速度的轴向梯度明显小于湍流等离子体冲击射流情形;由于在平板表面形成的径向壁面射流对引射的附加贡献,层流和湍流等离子体冲击射流对环境空气的引射量明显增加.     

基于MHD的磁射流抛光中流场的分析与模拟

从理论上分析了磁射流抛光中的磁场与流场的相互作用,构建了磁射流抛光的冲击射流模型,基于磁流体动力学对磁射流抛光过程的紊动冲击射流进行数值模拟,得到了磁射流抛光过程的连续流场和射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度分布。通过比较射流抛光和磁射流抛光的数值计算结果,分析了磁流变效应对射流稳定性的影响,从射流的流场、速度、紊动强度等方面分析射流在磁场中稳定的原因。     

基于CFD的射流抛光喷射距离的分析和优化

分析了喷射距离对射流抛光效果的影响,基于计算流体动力学进行了喷射距离的分析和优化.通过构建射流抛光不同喷射距离的物理模型,采用能更好地处理流线弯曲程度较大的流动的RNG k-ε紊流模型应用于射流抛光的数学建模,使用SIMPLEC算法对射流模型进行数值计算,得到了不同模型的射流抛光冲击射流流场及工件壁面上的冲击压力、紊动强度、壁流速度分布.根据射流抛光对冲击射流特性的要求,比较和分析不同喷距模型的数值仿真结果,结果显示,射流抛光最优化喷距范围为喷嘴口径的10倍至12倍之间.     

Large-eddy simulation of impinging jets on smooth and rough surfaces

We performed large-eddy simulations (LES) of forced impinging jets over smooth and rough surfaces, containing large-scale, azimuthal vortices generated by the enhanced primary instability in the jet shear layer. The interaction between these vortices and the turbulence in the wall jet that is formed downstream of the impingement region determines their rate of decay. To explore the surface-roughness effects on the evolution of the vortices, sand-grain-like surfaces are generated using uniformly distributed but randomly oriented ellipsoids. The flow is compared to our previous LES of jets impinging on a smooth surface. In spite of the severe modification caused by the roughness on the near-wall flow, the vortex development is not significantly altered. Slightly faster decay of the primary vortices is observed in the rough-wall case compared to the smooth-wall one; the secondary vortex that detaches from the wall and is lifted up has larger vorticity. The highly disturbed near-wall flow is advected outward and affects the evolution of the primary vortex for a longer period during the vortex interaction. The robust turbulent generation mechanism in the outer shear layer, however, mitigates the changes in vortex behaviour. The momentum deficit and the enhancement of turbulence due to the surface roughness play a key role during this process.     

Pulsating and synthetic impinging jets

This is the second part of a survey summarizing authors’ research over a period of two decades on enhancing impinging jet heat and/or mass transfer by periodic unsteadiness of nozzle flow rate. The first part, Tesař and Trávníček (2004 b), identified the reasons why pulsation does not always improve the transfer rate: the pulses do not reach up to the wall. The authors nevertheless demonstrate a transfer rate improvement, but in flows with inherent instability found in annular impinging jet. The excitation there causes a topological metamorphosis (reversal of flow character). Also in the extreme case of the synthetic (zero time-mean flow) jets the authors demonstrated a substantial improvement with the annular nozzle. The new approaches presented in the paper offer increased performance of drying and heating/cooling systems, in particular in microdevices with otherwise low or absent levels of natural jet turbulence.     

MEASUREMENTS OF LOCAL HEAT TRANSFER COEFFICIENTS FROM A FLAT PLATE TO A PAIR OF CIRCULAR AIR IMPINGING JETS

Local heat transfer coefficients from a flat plate to a pair of circular air impinging jets are investigated experimentally, A pair of well-controlled, fully developed circular air impinging jets at room temperature are used in the experiments. The experimental method in this investigation is the transient liquid-crystal technique. During the experiments, the surface liquid-crystal color distribution of the test plate is recorded using a video imaging acquisition system, and the color information is translated into a surface temperature distribution through a digital color image processing unit. Local heat transfer coefficients art obtained using a surface transient heat conduction analysis. The flow Reynolds number of the jet is kept at 23,000. The jet-to-plate distance and the jet-to-jet spacing are varied in the experiment. Detailed radial heat transfer distributions at different radial directions are obtained and analyzed for L/D = 2, 4, 6, 8, and 10. The effect of jet spacing distance (S/D =1.75, 3.5,5.25, 7.0) is analyzed by comparing to data obtained from a single jet with similar flow configurations.     

脉冲射流作用下驻点压力特性的试验研究

利用自行研制的自激振荡脉冲射流发生装置对脉冲射流垂直冲击靶盘产生的驻点压力进行了试验研究,实测了不同参数下驻点压力的瞬时变化,分析了驻点压力的脉冲特性和沿程变化特性,探讨了喷嘴直径d、喷嘴出口速度V和靶距H对驻点压力的影响,并与相同工况下连续射流的打击力做了比较。试验结果表明,脉冲射流峰值打击力明显高于连续射流,驻点压力峰值持续时间随d增大而增长,同一喷嘴直径下,驻点压力峰值与V成正比,与H成反比。