本文關(guān)鍵詞：沖擊射流換熱的大渦模擬

  更多相關(guān)文章： 沖擊射流 傳熱 湍流 大渦模擬 OpenFOAM 環(huán)形渦旋 Nusselt數(shù)

【摘要】：沖擊射流在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用中扮演著相當(dāng)重要的角色,是一個(gè)被廣泛研究的流動(dòng)形態(tài)。高效的傳熱和傳質(zhì)特性使得其在工業(yè)上的表面冷卻、加熱和烘干中的應(yīng)用不斷增加。本文采用大渦模擬的計(jì)算方法,在OpenFOAM軟件平臺(tái)上,對(duì)噴口-壁面距離為5倍噴口直徑,無(wú)擋板的空氣垂直沖擊射流的流動(dòng)和換熱問(wèn)題進(jìn)行研究。首先,對(duì)三個(gè)中等射流Reynolds數(shù)4400、1.0×10~4和2.3×10~4的圓形沖擊射流進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。通過(guò)將計(jì)算結(jié)果與已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。對(duì)三個(gè)算例的瞬態(tài)和時(shí)均結(jié)果的對(duì)比分析表明,對(duì)于三個(gè)射流Reynolds數(shù)的情況,渦旋結(jié)構(gòu)都沒(méi)有形成完整的圓環(huán)。沖擊射流的大尺度湍流流動(dòng)結(jié)構(gòu),并沒(méi)有隨著射流Reynolds數(shù)的變化而發(fā)生本質(zhì)上的改變。射流Reynolds數(shù)的變化對(duì)歸一化平均速度大小幾乎沒(méi)有影響,而對(duì)歸一化平均湍動(dòng)能有輕微的影響。在兩個(gè)徑向位置處,射流Reynolds數(shù)的變化對(duì)歸一化平均速度沿垂直方向分布的影響可以忽略。射流Reynolds數(shù)對(duì)歸一化平均速度軸向分量的影響,主要表現(xiàn)在射流中軸線的位置附近。然后,研究了噴口形狀對(duì)流動(dòng)和傳熱特性的影響。對(duì)橢圓沖擊射流換熱問(wèn)題進(jìn)行了模擬計(jì)算,橢圓形噴口截面長(zhǎng)寬比為1.5,射流Reynolds數(shù)為4400。將瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的計(jì)算結(jié)果與上述圓形沖擊射流的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明：對(duì)于圓形和橢圓形兩種噴口形狀的沖擊射流,流動(dòng)中的大尺度渦旋結(jié)構(gòu)大同小異,都沒(méi)有形成閉合的圓環(huán)；在自由射流剪切層附近的區(qū)域,橢圓沖擊射流的湍動(dòng)能水平略低于圓形射流；局部Nusselt數(shù)在橢圓長(zhǎng)軸上的分布出現(xiàn)了第二峰值,而在短軸上或在圓形射流中則沒(méi)有出現(xiàn)第二峰值；與圓形沖擊射流相比,橢圓沖擊射流的換熱水平在空間分布上更均勻；在滯止點(diǎn)附近的區(qū)域內(nèi),圓形沖擊射流的強(qiáng)化換熱效果優(yōu)于橢圓射流；當(dāng)所關(guān)注的換熱面積足夠大時(shí),兩種沖擊射流的換熱效果幾乎相同。最后,模擬了入口速度場(chǎng)施加主動(dòng)擾動(dòng)的沖擊射流。速度場(chǎng)擾動(dòng)的振幅分別是入口整體速度Wb的30%和70%,射流Reynolds數(shù)為10000。通過(guò)將瞬態(tài)和時(shí)均結(jié)果與相應(yīng)的無(wú)擾動(dòng)射流對(duì)比,得出以下幾個(gè)方面的結(jié)論：入口速度場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)大尺度流動(dòng)結(jié)構(gòu)有本質(zhì)上的影響,在入口邊界施加擾動(dòng)的射流中出現(xiàn)了比較完整、光滑的圓環(huán)形渦旋結(jié)構(gòu)；速度場(chǎng)擾動(dòng)帶來(lái)的周期性的速度變化對(duì)應(yīng)著周期性的環(huán)形渦旋結(jié)構(gòu)；對(duì)速度場(chǎng)的擾動(dòng)幅度越大,大尺度的渦旋結(jié)構(gòu)越規(guī)則、光滑,并且隨著流動(dòng)的行進(jìn),渦旋更加不易破碎,帶來(lái)的卷吸作用更強(qiáng)烈；沖擊射流的入口速度場(chǎng)擾動(dòng),會(huì)導(dǎo)致流場(chǎng)中湍動(dòng)能瞬態(tài)值的明顯提高,這種作用隨著擾動(dòng)振幅的增加而加強(qiáng)；另一方面,入口速度場(chǎng)擾動(dòng)通過(guò)改變湍流中的大尺度渦旋結(jié)構(gòu),使湍動(dòng)能的分布也出現(xiàn)了明顯的變化；入口速度場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)速度的脈動(dòng)和湍流應(yīng)力的影響,比其對(duì)平均速度的影響更大；對(duì)于滯止點(diǎn)附近的小塊換熱面積,施加速度場(chǎng)擾動(dòng)振幅30%Wb的沖擊換熱效果優(yōu)于無(wú)擾動(dòng)時(shí)的效果,然而,施加振幅70%Wb擾動(dòng)時(shí)的沖擊換熱效果卻不及無(wú)擾動(dòng)時(shí)的效果；如果把所關(guān)注的換熱面積放大,則兩種程度的擾動(dòng)對(duì)換熱效果的加強(qiáng)都是有利的,且70%毗時(shí)的換熱效果更好；而當(dāng)所關(guān)注的換熱面積足夠大時(shí),速度場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)換熱效果的影響則可以忽略不計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：沖擊射流 傳熱 湍流 大渦模擬 OpenFOAM 環(huán)形渦旋 Nusselt數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第一章 緒論15-39
• 1.1 研究背景和意義15-21
• 1.1.1 燃?xì)廨啓C(jī)組件的冷卻15
• 1.1.2 緊湊壓縮型冷卻器15-17
• 1.1.3 電子設(shè)備冷卻17
• 1.1.4 大氣微爆17-19
• 1.1.5 垂直起落飛機(jī)19
• 1.1.6 高溫燃?xì)獬?/span>19
• 1.1.7 沖擊射流傳質(zhì)的應(yīng)用19-21
• 1.2 沖擊射流換熱問(wèn)題的物理特性21-22
• 1.3 沖擊射流換熱的數(shù)值研究方法22-24
• 1.3.1 直接數(shù)值模擬22-23
• 1.3.2 大渦模擬23
• 1.3.3 RANS模型23-24
• 1.4 沖擊射流換熱的研究現(xiàn)狀24-37
• 1.4.1 發(fā)表在國(guó)際期刊上的研究概況24-33
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)對(duì)沖擊射流的研究情況33-37
• 1.5 本文的工作內(nèi)容37-39
• 第二章 計(jì)算方法39-47
• 2.1 物理問(wèn)題與控制方程組39-41
• 2.1.1 問(wèn)題描述39
• 2.1.2 大渦模擬濾波操作39-40
• 2.1.3 控制方程組40-41
• 2.2 方程封閉模型41-45
• 2.2.1 動(dòng)量方程封閉模型41-44
• 2.2.2 能量方程封閉模型44
• 2.2.3 大渦模擬的近壁處理44-45
• 2.3 數(shù)值方法45-47
• 第三章 不同Reynolds數(shù)的沖擊射流換熱47-63
• 3.1 問(wèn)題描述與邊界條件47-49
• 3.2 計(jì)算參數(shù)和精度49-51
• 3.3 結(jié)果和討論51-60
• 3.4 小結(jié)60-63
• 第四章 橢圓形沖擊射流換熱63-77
• 4.1 問(wèn)題描述與邊界條件63-64
• 4.2 計(jì)算參數(shù)和精度64-66
• 4.3 結(jié)果和討論66-74
• 4.3.1 流動(dòng)特性66-70
• 4.3.2 傳熱特性70-74
• 4.4 小結(jié)74-77
• 第五章 施加擾動(dòng)的沖擊射流換熱77-93
• 5.1 問(wèn)題描述與邊界條件77-78
• 5.2 計(jì)算參數(shù)和精度78-79
• 5.3 結(jié)果和討論79-89
• 5.3.1 流場(chǎng)瞬態(tài)特性79-84
• 5.3.2 流場(chǎng)時(shí)均特性84-89
• 5.3.3 傳熱特性89
• 5.4 小結(jié)89-93
• 第六章 結(jié)論與展望93-97
• 6.1 本文的主要工作和結(jié)論93-95
• 6.2 后續(xù)研究工作的展望95-97
• 參考文獻(xiàn)97-107
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果107-109
• 致謝109

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳慶光,吳玉林,劉樹(shù)紅,張永建;傾角對(duì)湍流狹縫沖擊射流流動(dòng)與傳熱性能的影響[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年08期

2 陳慶光;吳玉林;劉樹(shù)紅;張永超;張永建;;三維方管層流沖擊射流流動(dòng)與傳熱的數(shù)值研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2006年01期

3 白文華;包能勝;許鵬;葛汝峰;;印刷涂布烘箱V型條縫噴嘴沖擊射流流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J];包裝工程;2011年03期

4 邱淑霞;江影;徐鵬;;脈動(dòng)沖擊射流的傳熱特性研究[J];中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào);2011年01期

5 楊會(huì)群;金東范;盧天健;;環(huán)形旋轉(zhuǎn)沖擊射流熱流特性的實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué);2011年05期

6 周定偉,馬重芳,苑中顯;圓形浸沒(méi)沖擊射流速度與壓力梯度的數(shù)值計(jì)算[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年01期

7 何楓,姚朝暉,謝峻石;三維亞聲速?zèng)_擊射流流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J];推進(jìn)技術(shù);2002年01期

8 陳慶光,吳玉林,張永建,王濤;矩形管湍流沖擊射流流動(dòng)與傳熱的數(shù)值研究[J];熱能動(dòng)力工程;2005年05期

9 耿鐵;李德群;周華民;邵玉杰;汪偉軍;;沖擊射流換熱數(shù)值模擬技術(shù)研究概述[J];航空制造技術(shù);2006年02期

10 李功樣;片岡邦夫;;沖擊射流熱傳遞的強(qiáng)化和控制[J];廣東工學(xué)院學(xué)報(bào);1991年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚朝暉;何楓;韓標(biāo);許宏慶;;高速?zèng)_擊射流流場(chǎng)特性與噪聲機(jī)理的研究[A];流動(dòng)顯示’2002第五屆全國(guó)流動(dòng)顯示學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

2 邢云緋;仲峰泉;張新宇;;沖擊射流冷卻結(jié)構(gòu)中煤油傳熱特性的數(shù)值研究[A];第七屆全國(guó)流體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

3 邢云緋;仲峰泉;張新宇;;瞬態(tài)熱敏液晶測(cè)溫技術(shù)在沖擊射流實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[A];第十三屆全國(guó)實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

4 姚朝暉;崔新光;;超聲速弱欠膨脹沖擊射流中的渦合并現(xiàn)象的研究[A];北京力學(xué)會(huì)第14屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

5 邢云緋;仲峰泉;張新宇;;沖擊射流冷卻結(jié)構(gòu)中煤油傳熱特性的數(shù)值研究[A];高超聲速專(zhuān)題研討會(huì)暨第五屆全國(guó)高超聲速科學(xué)技術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

6 關(guān)暉;吳錘結(jié);涂善東;;Y形沖擊射流微混合器流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與混合特性的數(shù)值模擬[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

7 鄺九杰;隋丹;金東范;盧天健;徐明龍;;軸流風(fēng)扇沖擊射流下的泡沫鋁熱沉在電子冷卻中的應(yīng)用[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

8 于尚旺;姚朝暉;何楓;;基于旋渦強(qiáng)度的沖擊射流渦結(jié)構(gòu)分析[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

9 徐驚雷;劉凱禮;張X元;;過(guò)膨脹超聲速?zèng)_擊射流中非定常現(xiàn)象的PIV實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

10 于明州;陳麗華;譚曉軍;;沖擊射流擬序結(jié)構(gòu)的大渦模擬研究[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 白貴平;膠片涂布線熱風(fēng)沖擊干燥特性及節(jié)能優(yōu)化研究[D];湖南大學(xué);2016年

2 李永平;沖擊射流換熱的大渦模擬[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

3 李長(zhǎng)庚;基于沖擊射流的電子器件冷卻方法研究[D];中南大學(xué);2009年

4 張燕;橫流沖擊射流渦旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究[D];上海大學(xué);2005年

5 焦磊;連續(xù)—脈沖射流理論研究及其在原油底泥處理中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2005年

6 石藝娜;金屬?zèng)_擊射流形成、斷裂和顆�；植佳芯縖D];中國(guó)工程物理研究院;2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 張海龍;亞音速?zèng)_擊射流共振的反饋理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];東北大學(xué);2013年

2 唐偉峰;穩(wěn)態(tài)沖擊射流作用下建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓特性研究[D];重慶大學(xué);2015年

3 左其剛;考慮地形影響的穩(wěn)態(tài)沖擊射流作用下高層建筑風(fēng)壓特性分析[D];重慶大學(xué);2015年

4 劉祖鈴;狹縫噴嘴組沖擊射流傳熱性能研究[D];重慶大學(xué);2012年

5 劉海;超聲速欠膨脹沖擊射流的大渦模擬[D];清華大學(xué);2010年

6 黃靈敏;基于紅外熱像技術(shù)的周期性沖擊射流強(qiáng)化換熱研究[D];中國(guó)計(jì)量學(xué)院;2013年

7 于峰;納米流體沖擊射流的流動(dòng)與換熱特性研究[D];南京理工大學(xué);2010年

8 周祺e，

本文編號(hào)：563462