水滴结冰结霜及合成双射流的防霜防冰实验

对水滴结冰结霜过程及合成双射流作用时水滴结冰结霜过程分别进行了实验研究.实验中将半导体制冷片作为实验板将温度从室温降低到-30℃,采用电子显微镜观测无合成双射流和开启合成双射流作用的水滴凝固结冰结霜过程.结果显示:水滴从下部向上逐渐凝固,并且水滴表面凝固速度大于内部凝固速度.由于水凝固为冰,密度减小、体积增大,使得水滴形态改变,顶端突出,变成锥形.由于合成双射流强迫产生对流换热,凝固水滴不会像无激励器作用时在表面生成针叶状的霜,而是在水滴表面均匀形成一层白色的颗粒状霜.随着时间推移,霜的厚度并没有增加,并且水滴的高度降低,凝固水滴的锥形尖端逐渐变得平坦,水滴与冷板平面的接触面积增加.      

合成热射流除霜除冰实验

实验研究了水滴在冷表面结冰结霜,以及合成热射流除霜除冰过程.实验中采用-30.0℃的半导体制冷片作为制冷源,将水滴滴在半导体制冷片的标定位置,在水滴完全结冰结霜且形态不再改变后,合成热射流激励器工作.利用电子显微镜观测并记录合成热射流除霜除冰的整个过程.结果显示:合成热射流能够完全除去结霜冰滴表面的霜,并且能将凝固水滴完全融化为透明的水滴.并且与合成双射流除霜效果相比,合成热射流的除霜速度极大增加,并且完全除霜后,冰滴的高度比合成双射流除霜减少20%.      

三维机翼表面水滴撞击特性计算

系统研究机翼结冰计算中水滴轨迹和撞击特性的计算方法,将网格扇形分区和单元拓扑结构思想应用于水滴轨迹计算,引入欧拉法、预估-校正、四步Runge-Kutta法离散求解水滴运动方程.基于三维NACA 0012机翼模型,讨论水滴所在位置判断、速度插值和表面收集系数的计算方法,分析方程离散格式、水滴释放位置对计算结果的影响.采用三维机翼计算收集系数分布,并与试验结果进行对比,分析水滴直径对收集系数的影响;最后,将水滴计算模块DROP3D集成于结冰软件计算平台,计算不同工况参数下,机翼表面的气流流场和水滴撞击特性及结冰冰形,进-步验证程序的运行性能.     

合成双射流激励器振动噪声特性

合成双射流激励器工作噪声远低于合成射流激励器工作噪声, 但其噪声特性仍然限制了其应用于笔记本电脑、空调、冰箱等室内电子设备散热. 为降低合成双射流激励器整体噪声, 采用数值模拟的手段探究合成双射流激励器在不同边界条件下的振动噪声特性, 为合成双射流激励器降噪设计提供指导. 结果表明: 压电振子与壳体的振动共同影响着激励器振动噪声声压级大小; 夹持条件对振动噪声影响很大, 压电振子处于夹支条件时, 激励器的振动噪声声压级比压电振子处于简支时的激励器最大声压级低10 dB.      

结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究

为研究结冰环境中热合成双射流激励器工作特性,采用离散相模型(discrete phase model,DPM),结合动网格方法,数值研究了结冰环境中来流速度、液滴含量、液滴直径对激励器工作特性的影响.结果表明,来流速度较小时,双射流激励器出口形成热合成射流融合区,由于热射流的加热作用,温度较高,环境中的过冷液滴难以进入...     

低Reynolds数下合成双射流控制结冰翼型流动分离的数值模拟

通过FLUENT软件数值模拟的方法,分别对结明冰、混合冰、霜冰翼型的气动特性进行了研究,分析了合成双射流对改善结冰翼型流动分离的影响规律.结果表明:3种冰形均破坏了翼型的流线型,对翼型的气动力特性有不同程度的影响,其中霜冰对翼型气动力特性影响最小,明冰对翼型气动力特性影响最大,混合冰介于两者之间.开启合成双射流激励器,在小攻角情况下,结冰翼型的气动特性得到了有效的改善.而在大攻角情况下,合成双射流激励器不能完全消除分离涡,但可以推迟分离涡,分离涡厚度增加,分离涡最厚点推后.      

纳秒脉冲等离子体合成射流激励器的流场特性分析

采用一台高重频、快上升沿纳秒脉冲电源作为激励源,对典型的双电极合成射流激励器进行放电,通过粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）测量放电实验中激励器稳定流场特性以及发展速度.分析实验结果发现,随着重复频率的提高,合成射流的平均发展速度也随之增大,1 kHz时的平均速度最高达到28.28 m/s,并在单脉冲能量远低于微秒脉冲的情况下,实现了更快的稳态流场控制,表明高重复频率下,更多次数的脉冲放电可提高激励总能量,有效地弥补纳秒脉冲单脉冲输出能量不足的缺点.而且频率越高,流场发展速度越快,说明高重频工作模式会对输出总能量有补偿作用.      

激波/边界层干扰对等离子体合成射流的响应特性

利用高速纹影系统和数值模拟方法研究了激波/边界层干扰对逆流喷射的等离子体合成射流的响应特性,并揭示了流动控制机理.实验在来流马赫数Ma=3.1的风洞中进行,测试模型采用钝头体和压缩斜坡的组合模型,等离子体合成射流激励器安装在钝头体头部.纹影系统捕捉了放电频率为f=1 kHz和f=3 kHz的激励对附体激波形态和分离激波运动的控制效果.等离子体合成射流使压缩斜坡激波/边界层干扰区域的起始点向下游移动,分离泡尺寸减小,附体激波强度减弱,发生弯曲,再附点移向上游,与此同时分离激波向附体激波逼近.与f=3 kHz激励相比,f=1 kHz激励的射流流量更大,对激波/边界层干扰的影响范围更广、控制效果更好.通过数值模拟,揭示了射流与来流相互作用对下游流场的作用机理:射流与来流相互作用诱导出大尺度旋涡,大尺度旋涡耗散发展增强了近壁面流场的湍流度;压缩斜坡上游近壁面的流场性质发生变化,进而导致了压缩斜坡激波/边界层干扰区域流动的变化.     

合成双射流对下游声压级影响试验

在Ma=0.4的来流条件下, 利用安装在主翼后缘处的合成双射流激励器对襟翼上的流动进行控制, 在风洞中开展了合成双射流对下游声压级影响的研究. 基于脉动压力测量结果, 结合油流显示试验, 得到了合成双射流对下游不同流动状态区域声压级影响的一些结论. 对于附着流, 在其峰值频率附近激励会明显提高其声压级; 对于受旋涡主导的流动, 恰当的合成双射流控制可以降低声压级, 激励频率较为关键. 在俯仰运动过程中, 对于附着流, 激励提高了声压级, 但不改变其迟滞特性; 对于受旋涡主导的流动, 激励对声压级的影响与攻角有关, 能够减弱其迟滞特性, 但激励强度对迟滞特性的影响较小, 减小声压级的最佳激励与运动历程有关.      

Effect of Sound Field on a Round Air Impingement Jet

The local heat transfer and static pressure on a heated plate is reported with an air jet produced by a circular nozzle under tone-excitation with a frequency range of f_e = 0–300 Hz. The Reynolds numbers were (1.7 – 4.2) × 10⁴, and the nozzle-to-plate spacings were L/d = 6, 8, and 10. For all spacing, the isopressure and Nusselt number contours changed a shape from a concentric circle to an elliptic or peanut shape and changed back to a concentric circle with an increase of the tone-exciting frequency. These phenomena might be attributed to the induced vorticities observed as a non circular orifice jet.     

涡轮叶片前缘阵列冲击冷却流动及传热特性数值研究

本文采用SST湍流模型模拟了类前缘通道内蒸汽射流阵列冲击冷却的流动与传热特性,分析了雷诺数(Re=10000～50000)、孔径比(d/H=0.5～0.9)和孔间距比(S/H=2～6)对流动及传热性能的影响规律,得到了相应的传热和摩擦关联式。结果表明:在不同雷诺数下,d/H从0.5到0.9变化时,通道压力损失系数降低了76%～79%,靶面平均努塞尔数降低了45%～49%;S/H从2增至6时,通道压力损失系数增加了1.64～1.92倍,靶面平均努塞尔数增加了54%～64%;增大d/H、减小S/H可有效提高类前缘通道蒸汽冲击冷却的综合热力系数。本文研究结果可为未来先进燃气轮机高温涡轮叶片蒸汽冷却结构的设计提供参考和借鉴。     

Jet Impingement Cooling of a Hot Moving Steel Plate: An Experimental Study

In the current study, a hot moving steel plate of 6 mm thickness with an initial temperature of 900°C has been considered for jet impingement cooling. The experiment has been designed with the help of Design of Expert software to optimize the process parameters based on the highest cooling rate. The various subsurface transient temperature histories have been measured during the cooling process. The surface heat flux and surface temperature were calculated with the help of a commercial inverse heat transfer solver called INTEMP. The experimental result has been presented in terms of cooling rate and critical heat flux.     

带冲击射流的柱肋结构通道热沉的数值模拟研究

针对微通道冷却和冲击射流冷却方式的不足,设计了一种新的带冲击射流的柱肋结构的通道热沉,通过数值模拟的方式研究其流动特性和换热性能,模拟工况为加热热流密度为400W/cm~2,进口总压从3.5～12.5 kPa,出口静压为500 Pa,工质为水,热沉的材料为铜,进口温度为300 K。模拟计算结果表明,该结构具有较高的换热效果和良好的表面温度均匀性,在进口总压为3.5 kPa时,表面的最高温度不超过380 K,加热面最高温度和最低温度的差值约为12 K;而当进口总压为12.5 kPa时,最高温度和温差值分别为368 K和约5 K。在进口总压为3.5～12.5 kPa,所研究结构的热沉的流量为3.03～6.32 g/s。     

An Experimental Investigation of Liquid Jet Impingement and Single-Phase Spray Cooling Using Polyalphaolefin

Experiments on triangular and rectangular array jet impingement and single-phase spray cooling have been performed to determine the effect of both cooling techniques on heat transfer coefficient (h) and the coolant mass flux required for a given cooling load. Experiments were performed with circular orifices and nozzles for different H/D values from 1.5 to 26 and Reynolds number range of 219 to 837, which is quite lower than the ranges employed in widely used correlations. The coolant used was polyalphaolefin. The experiments simulated the boundary condition produced at the surface of the stator of a high power low-density generator or motor. For the custom fabricated orifices, commercial nozzles, and conditions used in this study, both cooling configurations showed enhancement of heat transfer coefficient as H/D increases to a certain limit after which it starts to decrease. The heat transfer coefficient always increases with Reynolds number. In keeping with previous studies, single-phase spray cooling technique can provide the same heat transfer coefficient as jets at a slightly lower mass flux, but with much higher-pressure head. Special Nu_d correlations that account for the range of parameters and coolant studied in this work are derived.