吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (5): 1483-1491.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20170490

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旋度对旋转冲击射流传热特性的影响

徐亮, 兰进, 王明森, 高建民, 李云龙   

  1. 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室,西安 710049
  • 收稿日期:2017-05-14 出版日期:2018-09-20 发布日期:2018-12-11
  • 通讯作者: 兰进(1987-),男,工程师,硕士.研究方向:旋流射流换热与流动.E-mail:316752018@qq.com
  • 作者简介:徐亮(1980-),男,副教授,博士.研究方向:复杂热端部件的冷却技术.E-mail:xuliang@mail.xjtu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51876157);中央高校基本科研业务费专项基金项目(xjj2018044);陕西省自然科学基础研究计划项目(2015JQ5126)

Effect of swirl number on heat transfer characteristics of swirling impinging jets

XU Liang, LAN Jin, WANG Ming-sen, GAO Jian-min, LI Yun-long   

  1. State Key Laboratory of Mechanical Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiao Tong University, Xi'an 710049, China
  • Received:2017-05-14 Online:2018-09-20 Published:2018-12-11

摘要: 基于已有文献中的实验数据,提出了一种采用RNG-k-ε湍流模型能较准确地模拟旋转冲击射流靶面传热特性的数值计算方法。采用该方法,针对内置螺旋杆、内置扭转带和内置导叶片三种类型的激发旋流方式,得出了来流Re数对喷嘴出口射流旋度的影响,并分析了旋度对靶面换热特性的影响。数值结果表明:不考虑Re数影响的旋度评估方式会出现很大偏差,螺旋角30°和45°下喷嘴出口气流的旋度对来流Re数比较敏感。三种不同喷嘴的旋流在冲击靶面会产生不同的高换热“冷斑”,“冷斑”的形状及面积大小与喷嘴出口旋度有关。气流旋度越大,换热Nu峰值越小,但换热均匀性提高。不同结构喷嘴下靶面换热特性取决于来流Re数和旋度的综合效应。本研究中,相同条件下内置螺旋杆产生的旋流冲击射流在靶面具有最佳的均匀高效换热性能。

关键词: 热能工程, 旋转冲击射流, 旋度, 强化传热, 换热均匀性

Abstract: Based on the experimental data of swirling impinging jet from published literature, a numerical simulation method with RNG-k-ε turbulence model was developed to accurately simulate heat transfer characteristics of swirling impinging jets. Three types of inserts, screw rod, twisted tape and guide vane, were used to produce the swirl flow. Swirling impinging jets issuing from the nozzles of these inserts were numerically studied. The effect of jet Reynolds number on swirling number at the exit of the nozzles was evaluated and the effect of swirl number on heat transfer of the swirling impinging jets was analyzed. Numerical results show that the large deviation of swirl number occurs as jet Reynolds number is not considered. The swirl number of the swirling jets by the inserts with medium helix angles of 30° and 45° is very sensitive to changes in jet Reynolds number. Different patterns of red spot with high heat transfer rates are shown on the target surface by swirling impinging jet issuing from the nozzles. Shapes and sizes of red spots are related to swirl number of the swirl jets. The peak of Nussle number is increased and the uniformity of heat transfer is enhanced as the swirl number increases. Heat transfer characteristics of the swirling jets depend on the combined effect of jet Reynolds number and swirl number of the jets. The optimum swirl generator is the type of insert with screw rod. Comparing to the other two swirl generators of the inserts with twisted tape and guide vane, the highest heat transfer coefficient with the best uniformity on the target surface by this swirl generator can be achieved under the same working condition.

Key words: thermal engineering, swirling impinging jets, swirl number, heat transfer enhancement, uniformity of heat transfer

中图分类号: 

  • TK124
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