射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面主要應用于各類機械的加熱或冷卻領域,如金屬退火、玻璃回火、渦輪葉片冷卻、航空電子冷卻、電子封裝、學氣相沉積等過程。而流動特性是影響傳熱特性的根本因素。因此,對射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面耦合流動進行研究具有重要的工程應用背景和學術價值。本文采用數(shù)值計算與粒子圖像測速（PIV）實驗相結合的方法,對不同參數(shù)下射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面的流動特性和沖擊壓力進行了深入研究。研究參數(shù)包括雷諾數(shù)Re、沖擊高度H、壁面轉(zhuǎn)速n和脈沖周期T。主要研究結果如下:（1）對不同雷諾數(shù)和沖擊高度下的連續(xù)射流沖擊靜止壁面進行數(shù)值計算和PIV實驗研究,發(fā)現(xiàn)射流流動結構取決于沖擊高度,而相對獨立于雷諾數(shù)。隨著沖擊高度的增加,到達沖擊區(qū)的射流擴散程度逐漸增大,其速度逐漸減小。沖擊壁面上壓力系數(shù)主要集中在-2≤x/D≤2范圍內(nèi)的沖擊區(qū)域。隨著沖擊高度的增加,最大壓力系數(shù)逐漸減小,并且減小的速度逐漸增加;無量綱壓力分布幾乎不變。（2）對不同雷諾數(shù)和沖擊高度下的連續(xù)沖擊射流的沖刷特性進行沖沙實驗研究,發(fā)現(xiàn)隨著沖擊高度的增加,形成的沙坑面積明顯上升趨勢,而沙丘寬度變化不明顯;沙丘為近似圓形,不同位置寬度相近。隨著雷諾數(shù)的增加,沙坑寬... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

化學氣相沉積[42]

射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面耦合流動研究2面流動特性的預測提供理論支撐。圖1.1化學氣相沉積[42]Figure1.1Chemicalvapordeposition圖1.2渦輪葉片冷卻[7]Figure1.2Turbinebladecooling1.2沖擊射流研究現(xiàn)狀1.2.1射流沖擊靜止壁面研究現(xiàn)狀沖擊射流是一種幾何邊界條件相對簡單的的經(jīng)典流動模型。近年來，國內(nèi)外學者對沖擊射流進行了大量實驗研究。T.Frosell等[10]利用流動可視化對兩種不同噴嘴下的沖擊射流的湍流結構和沖擊區(qū)進行了研究，發(fā)現(xiàn)沖擊區(qū)大小隨沖擊距離的增加呈線性增加，沖擊區(qū)域的大小與射流雷諾數(shù)無關。熊霏等[11]運用PIV技術研究了不同沖擊高度下沖擊射流的流動特性，結果表明沖擊射流的流場結構存在螺旋模式和對稱模式兩種模式，并于沖擊射流中普遍存在，交替出現(xiàn)。田忠等[12]對高速淹沒射流的沖擊壓強特性進行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)擋板上的時均壓強近似符合高斯分布；沖擊壁面上最大沖擊壓力與沖擊距離有關；當射流流程大于80倍射流直徑時，擋板上的沖擊壓強可以忽略。Abdel-Fattah等[13]采用數(shù)值計算和實驗對不同條件下的二維沖擊雙射流進行了研究，結果表明隨著射流角度的增大，滯止點在主流方向上徑向移動，雙射流回流區(qū)變寬。Mouhammad等[14]利用時間分辨平面粒子圖像測速（TR-PIV）技術和極譜測量儀研究了大型旋渦結構對圓形撞擊射流壁面剪切應力的影響，發(fā)現(xiàn)壁面瞬時剪應力與渦結構有很強的相關性，特別是橫向渦；渦環(huán)、二次渦和三次渦的移動是影響壁面剪切應力變化的主要機理；邊界層分離區(qū)內(nèi)，上游壁面剪切應力幅值增大，下游再循環(huán)區(qū)剪切應力幅值急劇減校葉建友等[15]利用數(shù)值計算和實驗對不同沖擊高度下射流的沖擊壓力進行了研究，發(fā)現(xiàn)低壓連續(xù)射流條件下，出口直徑為2mm的噴嘴在沖擊距離為50mm時，產(chǎn)生的

江蘇大學碩士學位論文9第二章數(shù)值計算及實驗裝置本章圍繞脈沖射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面的耦合流動研究，系統(tǒng)地闡述脈沖射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面耦合流動的數(shù)值計算及實驗裝置。2.1問題描述與模型建立2.1.1問題描述圖2.1為射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面示意圖，流體經(jīng)圓形噴管水平噴射，沖擊在旋轉(zhuǎn)圓盤壁面上，在圓柱形有機玻璃水槽內(nèi)形成整個沖擊射流流場，最后經(jīng)旋轉(zhuǎn)圓盤與圓柱形有機玻璃水槽間的間隙流出。噴管垂直于旋轉(zhuǎn)圓盤壁面，其中心線與圓盤中心線重合。從噴管方向看，圓盤繞軸作逆時針旋轉(zhuǎn)。射流出口（即噴管出口）平均速度Vj，噴管出口與旋轉(zhuǎn)圓盤壁面的沖擊距離H以及壁面轉(zhuǎn)速ω為射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面耦合流動研究的控制變量。圖2.1脈沖射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面示意圖Figure2.1Schematicdiagramofpulsejetimpactingtherotatingwall2.1.2模型建立圖2.2為簡化后建立的脈沖射流沖擊旋轉(zhuǎn)壁面三維水體模型，取圓盤壁面上方的流體域為研究對象。為了探究沖擊射流的一般規(guī)律，將模型尺寸和空間位置用噴管內(nèi)徑D進行無量綱化。噴管內(nèi)徑D=10mm，外徑Dw=12mm，噴管插入圓柱形有機玻璃水槽LN=10D，圓柱形有機玻璃水槽半徑Rc=25D，旋轉(zhuǎn)圓盤壁面半徑R=15D。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]磨削工件表面射流沖擊冷卻研究[D]. 劉波.南京航空航天大學 2013
[2]渦輪葉片冷卻結構傳熱性能的數(shù)值研究[D]. 王利平.南京航空航天大學 2012
[3]旋轉(zhuǎn)條件下沖擊冷卻數(shù)值模擬及實驗研究[D]. 白云峰.南京航空航天大學 2005



本文編號：3106629