[目的]由于沖擊射流現(xiàn)象涉及層流—湍流轉(zhuǎn)捩、極強(qiáng)的逆壓梯度和分離流問(wèn)題,導(dǎo)致傳統(tǒng)湍流模型無(wú)法對(duì)其準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。為了研究湍流模型在多種條件下的魯棒性,[方法]采用基于轉(zhuǎn)捩機(jī)理的一方程轉(zhuǎn)捩模型,預(yù)測(cè)以局部努塞爾數(shù)（Nu）來(lái)衡量的狹縫沖擊射流的傳熱特征。在沖擊距離范圍為4≤H/B≤9.2時(shí),對(duì)穩(wěn)態(tài)和脈動(dòng)沖擊射流傳熱問(wèn)題進(jìn)行研究。[結(jié)果]結(jié)果表明,在H/B=4時(shí),一方程轉(zhuǎn)捩模型準(zhǔn)確地捕捉了受轉(zhuǎn)捩影響的局部努塞爾數(shù)第2峰值的大小和位置;在H/B=9.2時(shí),該模型避免了大多數(shù)傳統(tǒng)雷諾時(shí)均模型（RANS）中出現(xiàn)的假第2峰值,獲得了更符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的傳熱分布規(guī)律。[結(jié)論]在較大的H/B范圍內(nèi),一方程轉(zhuǎn)捩模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)狹縫沖擊射流的傳熱分布,表現(xiàn)出良好的魯棒性。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)艦船研究. 2019,14(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

沖擊射流的計(jì)算模型Fig.1Thecomputationalmodelforjetimpingementflow沖擊板Lxy本次計(jì)算基于Fluent軟件

?嫦喙兀?拭揮姓承緣撞閾拚??SSTk-ω模型和RANSk-ω模型難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)捩區(qū)間的位置。RANS/LES模型［15］繼承了大渦模擬（LES）模型在滯止點(diǎn)附近湍流強(qiáng)度幾乎為零的特點(diǎn)，因此正確地捕捉到了局部努塞爾數(shù)的第1峰值，但卻提前預(yù)測(cè)了第2峰值的位置。除一方程轉(zhuǎn)捩模型外，其他數(shù)值模型同樣存在第2峰值預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。整體上，一方程轉(zhuǎn)捩模型獲得了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致的分布趨勢(shì)，這說(shuō)明該模型不僅（a）H/B=4（b）H/B=9.2（c）H/B=5圖23種算例下y+沿沖擊板的分布Fig.2y+distributionsalongtheimpingingplatefor3cases01020304050x/B1.61.41.21.00.80.60.40.2y+01020304050x/B1.41.21.00.80.60.40.2y+01020304050x/B1.00.80.60.40.20y+算例ReL/BH/BNxNy穩(wěn)態(tài)射流200005043079820000509.2296156瞬態(tài)射流1100050539858表1計(jì)算模型的尺度和網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)分布Table1Scaleandnodesdistributionofcomputationalmodel圖3H/B=4時(shí)局部努塞爾數(shù)分布Fig.3ThedistributionoflocalNusseltnumber（H/B=4）048121620x/B10090807060504030Nu實(shí)驗(yàn)結(jié)果［12］SSTk-ωRANSk-ω［14］RANS/LES［14］一方程轉(zhuǎn)捩模型黃華坤等：基于一方程轉(zhuǎn)捩模型的狹縫沖擊射流傳熱數(shù)值模擬147

?硐殖雒饗緣牡?2峰值特征；而在H/B=9.2時(shí)，局部努塞爾數(shù)的第2峰值消失。這2個(gè)算例可以驗(yàn)證一方程轉(zhuǎn)捩模型對(duì)轉(zhuǎn)捩的預(yù)測(cè)能力。Ashforth-Frost等［13］的實(shí)驗(yàn)是在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行的。射流出口溫度為恒溫300K，射流出口平均速度雷諾數(shù)基于射流出口寬度，其大小為20000。沖擊板設(shè)為恒溫310K，無(wú)滑移固定壁面。上限板設(shè)為恒溫300K，無(wú)滑移固定壁面。出口采用出流（outflow）邊界條件，出口壓力為1個(gè)大氣壓P=101325Pa。計(jì)算的普朗特?cái)?shù)Pr=0.72。圖3給出了H/B=4時(shí)，得到的局部努塞爾數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及其他學(xué)者的數(shù)值結(jié)果沿沖擊面的分布情況。從圖中可以看出，一方程轉(zhuǎn)捩模型可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)局部努塞爾數(shù)第1峰值和第2峰值的大小及位置。受轉(zhuǎn)捩過(guò)程影響，在3≤x/B≤7范圍內(nèi)，傳熱率逐漸升高；當(dāng)轉(zhuǎn)捩完成后，傳熱率逐漸降低。在滯止點(diǎn)附近，流動(dòng)處于低湍流強(qiáng)度狀態(tài)，即準(zhǔn)層流狀態(tài)，這使得滯止點(diǎn)附近相對(duì)于壁面射流區(qū)的傳熱率得到了極的大提高。受益于Kato-Launder模型修正作用，可用一方程轉(zhuǎn)捩模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)局部努塞爾數(shù)的第1峰值。如前所述，在滯止點(diǎn)處，流動(dòng)幾乎處于無(wú)旋狀態(tài)，因此Kato-Launder模型中渦量的引入使滯止點(diǎn)處的湍動(dòng)能下降；且在第2峰值附近可明顯看到渦的存在（圖4）。雖然Kato-Launder模型無(wú)法對(duì)渦進(jìn)行計(jì)算，但是渦的脫落導(dǎo)致渦量增加，故一方程轉(zhuǎn)捩模型在2次峰值附近預(yù)測(cè)的傳熱率與SSTk-ω模型相比有所增加，從而提高了渦附近湍動(dòng)能的預(yù)測(cè)精度［14］。而無(wú)修正模型的RANSk-ω模型［15］和SSTk-ω模型在滯止點(diǎn)處過(guò)高地預(yù)測(cè)了局部努塞爾數(shù)。其中RAN


本文編號(hào)：3561978