平板振动对气膜冷却及流场特性影响的数值研究

发布时间：2022-01-20 05:34

　　对平板在振动状态下的气膜冷却进行数值研究,比较在不同振动条件下吹风比为1时气膜孔下游中心线上绝热壁面的冷却绝热效率,同时分析了气膜孔下游壁面在不同振动条件下的静压及静压随相位角的变化。结果显示:振动会使平板气膜冷却效果恶化,在不同振动条件下振动时绝热壁面的冷却绝热效率均比稳态时低,在x/d>7时,不同振动频率下的冷却绝热效率相差较大,且频率越大冷却绝热效率越小,不同振幅下的冷却绝热效率相差较小。振动时气膜孔下游上下壁面静压呈周期性变化。靠近气膜孔截面贴壁区域各相位下均存在明显的二次流,在x/d=5和x/d=10截面内,y/d<4范围内各相位均存在速度峰值,90°和180°速度峰值大于稳态时速度,0°和270°速度峰值小于稳态时速度。 

【文章来源】：能源工程. 2020,(03)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

模型主视图

模拟计算基于Fluent软件,采用realizable k-ε湍流模型,近壁面采用增强壁面函数处理,通用控制方程的离散采用有限体积法,采用基于压力求解器分别对三维气膜冷却模型进行稳态及瞬态计算,压力速度耦合采用simple算法,采用二阶迎风格式,时间步长由每个算例的振动周期确定,取Δt=1/16 T,其中T为振动周期。流体介质为不可压缩空气,给定主流入口速度16.43 m/s,主流温度473 K,给定射流入口速度10 m/s,温度288 K,其他为绝热壁面。各算例如表1所示。研究非稳态绝热壁面冷却绝热效率及壁面静压随振动的变化,绝热壁温和壁面静压取一个周期的算数平均。计算达到稳定的依据为射流入口积分静压随时间步数呈周期性变化,如图2所示。表1 数值模拟算例 算例 1 2 3 4 5 6 7 稳态 频率f/Hz 100 200 400 500 200 200 200 0 振幅A/mm 3 3 3 3 2 4 5 0

图3是吹风比M=1,振幅A=3 mm时,不同振动频率下沿平板气膜孔中心线壁面的冷却绝热效率曲线,横坐标是坐标x与射流孔直径d的比值。由图3可知,平板振动时壁面的冷却绝热效率小于稳态,这是因为振动外力的作用,边界层中惯性力远大于粘性力[13],振动影响了冷气在平板上的附着效果,破坏了边界层的连续性,流体流动状态改变较大,使得冷热流体掺混,换热加强,壁温升高,冷却绝热效率减小。当x/d<4时,离气膜孔近的地方,冷热气流掺混较少,振动使冷热气流热量交换较少,各振动频率与稳态间有效温比差距小;在x/d>4时,振动时的冷却绝热效率与稳态相比差距逐渐增大;在x/d=10时,振动时的冷却绝热效率较稳态时最大减小6.8%;在x/d>10时,两种情况下的差距增大明显。由图3亦可知,在x/d<7时,随着频率的增大各频率间冷却绝热效率的变化不大;在x/d>7时,随着频率的增大冷却绝热效率逐渐减小。这说明在x/d>7时,不同振动频率对冷热气流的热量交换有着显著的影响,且频率越大,冷却绝热效率越小。2.2 振幅对壁面冷却绝热效率的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]直管振动流动传热特性数值模拟[J]. 孙征,王宏光,韩铁鹰.  电力与能源. 2018(03)
[2]管内壁面振动对流场与传热影响的模拟研究[J]. 刘健华,王宏光,韩铁鹰.  热能动力工程. 2017(S1)
[3]振动平板气膜冷却的数值分析[J]. 葛利顺,王宏光,沈佳欢.  动力工程学报. 2015(09)
[4]壁面局部振动的二维管可压缩流动分析[J]. 许成骅,王宏光.  工程热物理学报. 2015(08)
[5]振动圆管内对流传热特性及场协同分析[J]. 吴艳阳,刘利军,喻九阳,林纬,高九阳,杨文灏,刘倩.  石油化工设备. 2011(06)
[6]平行流换热器中热流体分布均匀性的研究进展[J]. 鲁红亮,陶红歌,胡云鹏,胡浩茫,金听祥,陈焕新.  制冷学报. 2010(06)

博士论文
[1]脉冲流动和壁面振动传热研究[D]. 俞接成.清华大学 2005



本文编号：3598264