周期性冲击射流噪声特性数值研究

基于大涡模拟与声类比的方法对射流速度做周期性变化的平板冲击射流的噪声特性进行了数值研究。采用正弦、三角、锯齿和矩形4种典型的周期性波形,周期变化频率的范围是5～40 Hz,以不同监测点位置下的等效连续声压级为噪声大小的评价指标,研究了波形变化和周期频率变化对周期性冲击射流噪声特性的影响。结果表明:周期性冲击射流噪声大于稳态冲击射流噪声。矩形射流的冲击噪声最大,噪声分布波动剧烈,噪声频谱呈现高频特性,其他三种波形噪声分布较为均匀,噪声频谱呈现宽频特性。周期性冲击射流噪声随着周期变化频率的增加而增大。周期变化频率的改变对矩形波形频谱特性影响较小,对于其他三种波形的频谱特性影响较大。     

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.     

旋转状态半受限冲射流流动和换热特性研究

利用数值模拟的方法,通过改变冲击雷诺数Rej(20000-35000)、旋转数Ro(0-0．0117)等参数,分析旋转条件下半受限单孔冲击射流的流动和换热特性,讨论了旋转对冲击射流的流场结构和换热特性的影响．研究结果表明:冲击射流在离心力和哥氏力的共同作用下发生弯曲,造成冲击靶面上的冲击斑随着旋转数Ro的增加而不断偏移,显著影响了冲击的冷却效果．冲击靶面的平均Nu数随着冲击雷诺数Rej的增加而增加;当旋转数Ro增加时,冲击靶面的平均Nu数先增加,后减小,然后再增加．计算结果和试验结论基本一致．     

周期性锯齿型通道内流动和换热研究

用非稳态层流模型对锯齿型通道内周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟．Re=600时数值结果已发生明显振荡,而从入口段算起的第9、10个几何周期的平均Nu数与用周期性充分发展条件计算得到的平均Nu数吻合良好;在此基础上,计算通道周期长度L与通道垂直高度b的比值及通道倾角α等几何结构尺寸对周期性充分发展流动和换热的影响,计算结果表明,增大α和减小L／b都易促使流动产生涡旋,从而增强换热．     

倾斜封闭立方腔内多块孤立平板自然对流换热的实验研究

本文研究了平板的相互位置、腔体倾角及Rα数对倾斜封闭立方腔内多块孤立平板自然对流换热的影响．实验查明：在一定Rα数下存在着一个使每块板换热强度相当的间距；平均换热特性对位置很不敏感；平板的换热强度比相同Rα数下的大空间自然对流更弱，且随倾角增加，Nu数随Rα数增加的增长幅度逐渐减慢．     

粗糙表面对非定常冲击射流传热的影响

利用在射流驻点周围设置不同高度的圆环来模拟粗糙表面,进行非定常射流冲击换热的实验研究.非定常射流由一个特殊的质量流量控制装置产生,波形和频率可调.采用高度分别为1 mm,2 mm和3 mm的圆环,研究发现环高h=3 mm时,冲击射流流场发生了实质性的改变.对于流动形态没有发生实质改变的粗糙表面,在稳定射流冲击下,传热特性没有质的变化.然而,非定常射流冲击粗糙表面时,与其冲击光滑平板相比,传热特征有很大不同,传热强化系数总体上是削弱了,随着圆环高度的增加更为明显.     

旋转对带冲击孔的叶片前缘流动和换热的影响

本文采用数值模拟方法,对带有供气腔和冲击腔的旋转通道内的流动和换热进行了研究,获得了旋转时叶片前缘冲击孔流量系数以及冲击靶面平均Nu数的变化规律.计算结果表明,旋转作用所产生的哥氏力改变了冲击孔的流量系数值,转速越大,哥氏力作用就越明显.流量系数随着旋转雷诺数和出流比的增加而增加,随着入口雷诺数的增加而降低.旋转对冲击靶面的平均Nu数的影响不明显,只有在较高转速时, Nu数才随着转速的增加而稍有增加.     

布朗运动影响下方腔内纳米流体非稳态自然对流的数值研究

对方腔一侧壁面温度随时间按正弦规律变化、充满CuO-水纳米流体的二维方腔内的非稳态自然对流换热进行了数值研究。在相关参数一定的条件下,研究了Ra数、纳米颗粒体积份额φ和纳米颗粒布朗运动对自然对流换热特性的影响。数值模拟结果表明:考虑布朗运动时壁面时均Nu数均大于不考虑布朗运动时的相应值;不考虑布朗运动时,时均Nu数均随φ的增大而增大;而考虑布朗运动时,当Ra数较小时,时均Nu数均随φ的增大而增大,而Ra数较大时,存在有最佳的φ值,可使时均Nu数达到最大值。     

波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟

在波纹翅片上开设矩形翼和组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其强化换热特性,分析辅翼的几何尺寸,包括辅翼攻角、长度和宽度等对换热增强比Nu/Nu_0以及综合强化换热因子(Nu/Nu_0)/(f/f_0)~(1/3)的影响。结果发现:矩形翼和组合翼能显著增强波纹翅片的对流换热;由于开设纵向涡发生器后使流动阻力增加,综合强化换热因子小于换热增强比;组合翼的换热增强比和综合强化换热因子均大于矩形翼;对于组合翼,随着辅翼攻角、辅翼长度或辅翼宽度的增加,换热增强比和综合强化换热因子均增加。     

矩形槽通道内周期性充分发展换热的研究

本文应用数值模拟的方法研究了矩形槽通道内周期性充分发展换热情况及几何参数对流动和换热的影响.结果表明:当周期长度一定时,上下矩形突出部分的水平间距由小变大时,Nu和阻力系数f都是有所减小;周期长度一定且上下矩形突出部分水平间距相等时,增加矩形突出部分的宽度,Nu和阻力系数f会增加;当矩形突出部分的宽度一定, 并且水平交错均匀排列时,增加矩形突出部分的水平间距即增加周期长度时Nu减小,而f先是减小而后又有所增加.     

基于注入锁定增强高次谐波的任意波形产生

提出一种基于注入锁定技术增强高次谐波的任意波形产生方案。通过注入锁定技术放大并增强高次和偶次谐波,将获得的高次谐波和非线性调制产生的第一和第三次谐波进行时域叠加,可合成高阶的三角波、矩形波。将注入锁定增强的偶次谐波和非线性调制产生的第一和第三次谐波进行时域叠加可合成高阶锯齿波和反锯齿波。通过实验,本文成功产生了频率为5GHz的五阶三角波、五阶矩形波、三阶锯齿波和三阶反锯齿波。理论与实验结果表明:五阶三角波与矩形波的方均根误差比同时产生的三阶相同波形提升了10%～37%;可以通过增加注入锁定的支路数来获得更高阶近似的波形。     

非均匀热流边界条件下螺旋管内换热特性

对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流换热进行了数值模拟,结果表明:当螺旋管表面加热功率一定时,相同Re数下均匀热流边界条件时螺旋管截面周向局部Nu数高于非均匀热流边界条件;非均匀热流边界下充分发展段的平均Nu数小于均匀热流边界;相同的De数下,曲率较小的螺旋管换热系数大。     

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。     

单孔蒸汽射流冲击平板换热的数值研究

对充分发展的过热蒸汽湍流射流冲击平板的流动和换热进行了数值研究,分析了射流温度和射流雷诺数对蒸汽射流冲击换热的影响,并与空气射流冲击换热进行了比较。通过AKN k-ε、V2F和SST k-ω三种湍流模型计算结果的对比可知,SSTk-ω模型模拟冲击射流流动和换热的效果最好。研究表明:在相同条件下蒸汽的冲击换热能力强于空气;射流温度的变化对空气的冲击换热基本没有影响,但是对蒸汽有较大影响;射流雷诺数越大,则蒸汽冲击射流的换热越强。     

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。     

膜片管束通道传热性能的数值研究

以膜片管束通道为研究对象,通过数值模拟分别对通道的入口段和充分发展段建立非稳态数学模型。在不同Re下的通道入口段中不同几何周期的相应截面上设置无量纲速度和无量纲温度的监测点,分析了入口段的换热特性,并且重点探讨了流动与换热进入周期性充分发展段后,改变管束排列方式对换热Nu的影响。结果表明:Re不同时,流动和换热进入充分发展需要经过的几何周期数也不同;进入充分发展段后,Nu随着管间距的减小而逐渐增加,而且对于大间距排列管束,改变圆管竖直方向间距对Nu的产生的影响更显著。     

锯齿形通道内流动与换热的数值分析

本文采用非稳态数学模型对锯齿形通道的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。计算结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100时温度场和流场随时间不断变化,同时Nu数也随时间发生周期性振荡,并且随着Re的增大这种变化越明显;Re≥250时通道内开始产生旋涡,换热不断增强。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中相近问题的试验关联式基本吻合。     

余热利用H型翅片受波动性影响的机理研究

本文对余热利用中常用安装有H型翅片的管翅式换热器在波动流动条件下的换热性能和流阻特性进行了数值模拟研究。揭示了非稳态波动流动的不同波动时均速度、波动幅度和波动周期对流动和换热的影响机理。结果表明,在不同时均速度下,Nu数随Re数的变化趋势基本一致,而Eu数具有明显的迟滞现象;在不同波动幅度下,Nu数和Eu数的变化都很大,在Re数的极小值附近尤为明显;在不同波动周期下,Nu数和Eu数在所有Re数范围内均基本相同,影响可以忽略。最终获得了波动流动下换热和阻力计算的关联式。     

水平板自然对流换热的非线性特性

采用SIMPLE算法,QUICK差分方案,对封闭方腔内水平板自然对流换热进行了数值模拟.数值结果显示,低Ra数时流动和换热处于稳态,当Rayleigh数超过某一临界值时,流动和换热就会发生非稳态振荡,此时流动和换热表现出非对称性.对不同Rayleigh数,流动和换热通过单周期分岔从稳态过渡到非稳态,并通过倍周期分岔过渡到混沌.在混沌区,仍然会出现周期性窗口,并且数值结果与初始条件有关.