射流冲击旋转壁面耦合流动研究
发布时间：2021-03-29 01:27
射流冲击旋转壁面主要应用于各类机械的加热或冷却领域,如金属退火、玻璃回火、涡轮叶片冷却、航空电子冷却、电子封装、学气相沉积等过程。而流动特性是影响传热特性的根本因素。因此,对射流冲击旋转壁面耦合流动进行研究具有重要的工程应用背景和学术价值。本文采用数值计算与粒子图像测速（PIV）实验相结合的方法,对不同参数下射流冲击旋转壁面的流动特性和冲击压力进行了深入研究。研究参数包括雷诺数Re、冲击高度H、壁面转速n和脉冲周期T。主要研究结果如下:（1）对不同雷诺数和冲击高度下的连续射流冲击静止壁面进行数值计算和PIV实验研究,发现射流流动结构取决于冲击高度,而相对独立于雷诺数。随着冲击高度的增加,到达冲击区的射流扩散程度逐渐增大,其速度逐渐减小。冲击壁面上压力系数主要集中在-2≤x/D≤2范围内的冲击区域。随着冲击高度的增加,最大压力系数逐渐减小,并且减小的速度逐渐增加;无量纲压力分布几乎不变。（2）对不同雷诺数和冲击高度下的连续冲击射流的冲刷特性进行冲沙实验研究,发现随着冲击高度的增加,形成的沙坑面积明显上升趋势,而沙丘宽度变化不明显;沙丘为近似圆形,不同位置宽度相近。随着雷诺数的增加,沙坑宽...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
化学气相沉积[42]
射流冲击旋转壁面耦合流动研究2面流动特性的预测提供理论支撑。图1.1化学气相沉积[42]Figure1.1Chemicalvapordeposition图1.2涡轮叶片冷却[7]Figure1.2Turbinebladecooling1.2冲击射流研究现状1.2.1射流冲击静止壁面研究现状冲击射流是一种几何边界条件相对简单的的经典流动模型。近年来，国内外学者对冲击射流进行了大量实验研究。T.Frosell等[10]利用流动可视化对两种不同喷嘴下的冲击射流的湍流结构和冲击区进行了研究，发现冲击区大小随冲击距离的增加呈线性增加，冲击区域的大小与射流雷诺数无关。熊霏等[11]运用PIV技术研究了不同冲击高度下冲击射流的流动特性，结果表明冲击射流的流场结构存在螺旋模式和对称模式两种模式，并于冲击射流中普遍存在，交替出现。田忠等[12]对高速淹没射流的冲击压强特性进行了实验研究，发现挡板上的时均压强近似符合高斯分布；冲击壁面上最大冲击压力与冲击距离有关；当射流流程大于80倍射流直径时，挡板上的冲击压强可以忽略。Abdel-Fattah等[13]采用数值计算和实验对不同条件下的二维冲击双射流进行了研究，结果表明随着射流角度的增大，滞止点在主流方向上径向移动，双射流回流区变宽。Mouhammad等[14]利用时间分辨平面粒子图像测速（TR-PIV）技术和极谱测量仪研究了大型旋涡结构对圆形撞击射流壁面剪切应力的影响，发现壁面瞬时剪应力与涡结构有很强的相关性，特别是横向涡；涡环、二次涡和三次涡的移动是影响壁面剪切应力变化的主要机理；边界层分离区内，上游壁面剪切应力幅值增大，下游再循环区剪切应力幅值急剧减校叶建友等[15]利用数值计算和实验对不同冲击高度下射流的冲击压力进行了研究，发现低压连续射流条件下，出口直径为2mm的喷嘴在冲击距离为50mm时，产生的
江苏大学硕士学位论文9第二章数值计算及实验装置本章围绕脉冲射流冲击旋转壁面的耦合流动研究，系统地阐述脉冲射流冲击旋转壁面耦合流动的数值计算及实验装置。2.1问题描述与模型建立2.1.1问题描述图2.1为射流冲击旋转壁面示意图，流体经圆形喷管水平喷射，冲击在旋转圆盘壁面上，在圆柱形有机玻璃水槽内形成整个冲击射流流场，最后经旋转圆盘与圆柱形有机玻璃水槽间的间隙流出。喷管垂直于旋转圆盘壁面，其中心线与圆盘中心线重合。从喷管方向看，圆盘绕轴作逆时针旋转。射流出口（即喷管出口）平均速度Vj，喷管出口与旋转圆盘壁面的冲击距离H以及壁面转速ω为射流冲击旋转壁面耦合流动研究的控制变量。图2.1脉冲射流冲击旋转壁面示意图Figure2.1Schematicdiagramofpulsejetimpactingtherotatingwall2.1.2模型建立图2.2为简化后建立的脉冲射流冲击旋转壁面三维水体模型，取圆盘壁面上方的流体域为研究对象。为了探究冲击射流的一般规律，将模型尺寸和空间位置用喷管内径D进行无量纲化。喷管内径D=10mm，外径Dw=12mm，喷管插入圆柱形有机玻璃水槽LN=10D，圆柱形有机玻璃水槽半径Rc=25D，旋转圆盘壁面半径R=15D。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维材料各向异性对蒸汽射流冲击传热传质的影响研究[J]. 崔阅馨,梁帅童,马晓龙,杜文波,丁雪梅. 上海纺织科技. 2019(03)
[2]脉冲射流冲击平直表面的对流换热实验[J]. 吕元伟,张靖周,唐婵,单勇. 航空学报. 2018(04)
[3]截断式脉冲射流流场结构模拟与冲蚀硬岩能力分析[J]. 陆朝晖,卢义玉,Michael Hood,潘林华,贺培. 振动与冲击. 2017(19)
[4]自激吸气射流的冲蚀及吸气性能试验研究[J]. 张明星,康勇,周勇祥,刘文川,王爱华. 排灌机械工程学报. 2017(05)
[5]LES和k-ε湍流模型对斜向淹没射流的数值模拟研究[J]. 郭文思,李乃稳,刘超,李龙国. 水力发电学报. 2017(01)
[6]基于SPH算法的脉冲射流破岩应力波效应数值分析[J]. 司鹄,薛永志. 振动与冲击. 2016(05)
[7]反拱水垫塘淹没冲击射流水力特性研究[J]. 张春财,杜宇,王立杰,赵润达. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2015(12)
[8]水力脉冲射流旋流流场数值模拟[J]. 刘爽,李根生,史怀忠,田守嶒. 石油钻采工艺. 2015(05)
[9]旋转效应下射流冲击速度对换热的影响[J]. 刘波,张靖周,谭晓茗. 工程热物理学报. 2015(02)
[10]水射流冲击压力最佳喷距数值仿真及试验研究[J]. 叶建友,吕彦明. 电加工与模具. 2014(05)
硕士论文
[1]磨削工件表面射流冲击冷却研究[D]. 刘波.南京航空航天大学 2013
[2]涡轮叶片冷却结构传热性能的数值研究[D]. 王利平.南京航空航天大学 2012
[3]旋转条件下冲击冷却数值模拟及实验研究[D]. 白云峰.南京航空航天大学 2005
本文编号：3106629
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
化学气相沉积[42]
射流冲击旋转壁面耦合流动研究2面流动特性的预测提供理论支撑。图1.1化学气相沉积[42]Figure1.1Chemicalvapordeposition图1.2涡轮叶片冷却[7]Figure1.2Turbinebladecooling1.2冲击射流研究现状1.2.1射流冲击静止壁面研究现状冲击射流是一种几何边界条件相对简单的的经典流动模型。近年来，国内外学者对冲击射流进行了大量实验研究。T.Frosell等[10]利用流动可视化对两种不同喷嘴下的冲击射流的湍流结构和冲击区进行了研究，发现冲击区大小随冲击距离的增加呈线性增加，冲击区域的大小与射流雷诺数无关。熊霏等[11]运用PIV技术研究了不同冲击高度下冲击射流的流动特性，结果表明冲击射流的流场结构存在螺旋模式和对称模式两种模式，并于冲击射流中普遍存在，交替出现。田忠等[12]对高速淹没射流的冲击压强特性进行了实验研究，发现挡板上的时均压强近似符合高斯分布；冲击壁面上最大冲击压力与冲击距离有关；当射流流程大于80倍射流直径时，挡板上的冲击压强可以忽略。Abdel-Fattah等[13]采用数值计算和实验对不同条件下的二维冲击双射流进行了研究，结果表明随着射流角度的增大，滞止点在主流方向上径向移动，双射流回流区变宽。Mouhammad等[14]利用时间分辨平面粒子图像测速（TR-PIV）技术和极谱测量仪研究了大型旋涡结构对圆形撞击射流壁面剪切应力的影响，发现壁面瞬时剪应力与涡结构有很强的相关性，特别是横向涡；涡环、二次涡和三次涡的移动是影响壁面剪切应力变化的主要机理；边界层分离区内，上游壁面剪切应力幅值增大，下游再循环区剪切应力幅值急剧减校叶建友等[15]利用数值计算和实验对不同冲击高度下射流的冲击压力进行了研究，发现低压连续射流条件下，出口直径为2mm的喷嘴在冲击距离为50mm时，产生的
江苏大学硕士学位论文9第二章数值计算及实验装置本章围绕脉冲射流冲击旋转壁面的耦合流动研究，系统地阐述脉冲射流冲击旋转壁面耦合流动的数值计算及实验装置。2.1问题描述与模型建立2.1.1问题描述图2.1为射流冲击旋转壁面示意图，流体经圆形喷管水平喷射，冲击在旋转圆盘壁面上，在圆柱形有机玻璃水槽内形成整个冲击射流流场，最后经旋转圆盘与圆柱形有机玻璃水槽间的间隙流出。喷管垂直于旋转圆盘壁面，其中心线与圆盘中心线重合。从喷管方向看，圆盘绕轴作逆时针旋转。射流出口（即喷管出口）平均速度Vj，喷管出口与旋转圆盘壁面的冲击距离H以及壁面转速ω为射流冲击旋转壁面耦合流动研究的控制变量。图2.1脉冲射流冲击旋转壁面示意图Figure2.1Schematicdiagramofpulsejetimpactingtherotatingwall2.1.2模型建立图2.2为简化后建立的脉冲射流冲击旋转壁面三维水体模型，取圆盘壁面上方的流体域为研究对象。为了探究冲击射流的一般规律，将模型尺寸和空间位置用喷管内径D进行无量纲化。喷管内径D=10mm，外径Dw=12mm，喷管插入圆柱形有机玻璃水槽LN=10D，圆柱形有机玻璃水槽半径Rc=25D，旋转圆盘壁面半径R=15D。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维材料各向异性对蒸汽射流冲击传热传质的影响研究[J]. 崔阅馨,梁帅童,马晓龙,杜文波,丁雪梅. 上海纺织科技. 2019(03)
[2]脉冲射流冲击平直表面的对流换热实验[J]. 吕元伟,张靖周,唐婵,单勇. 航空学报. 2018(04)
[3]截断式脉冲射流流场结构模拟与冲蚀硬岩能力分析[J]. 陆朝晖,卢义玉,Michael Hood,潘林华,贺培. 振动与冲击. 2017(19)
[4]自激吸气射流的冲蚀及吸气性能试验研究[J]. 张明星,康勇,周勇祥,刘文川,王爱华. 排灌机械工程学报. 2017(05)
[5]LES和k-ε湍流模型对斜向淹没射流的数值模拟研究[J]. 郭文思,李乃稳,刘超,李龙国. 水力发电学报. 2017(01)
[6]基于SPH算法的脉冲射流破岩应力波效应数值分析[J]. 司鹄,薛永志. 振动与冲击. 2016(05)
[7]反拱水垫塘淹没冲击射流水力特性研究[J]. 张春财,杜宇,王立杰,赵润达. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2015(12)
[8]水力脉冲射流旋流流场数值模拟[J]. 刘爽,李根生,史怀忠,田守嶒. 石油钻采工艺. 2015(05)
[9]旋转效应下射流冲击速度对换热的影响[J]. 刘波,张靖周,谭晓茗. 工程热物理学报. 2015(02)
[10]水射流冲击压力最佳喷距数值仿真及试验研究[J]. 叶建友,吕彦明. 电加工与模具. 2014(05)
硕士论文
[1]磨削工件表面射流冲击冷却研究[D]. 刘波.南京航空航天大学 2013
[2]涡轮叶片冷却结构传热性能的数值研究[D]. 王利平.南京航空航天大学 2012
[3]旋转条件下冲击冷却数值模拟及实验研究[D]. 白云峰.南京航空航天大学 2005
本文编号：3106629
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