多孔横向紊动射流涡量场的数值分析

应用realizablek-ε紊流模型并结合SIMPLEC算法,分别对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的涡量场进行了数值模拟,近壁区流动的处理采用两层模型的壁面函数法,计算得出了不同工况下的剪切层涡、马蹄形涡和反向涡旋对(CVP)。结果表明:在多孔射流中,由于前面射流的遮挡作用,使得后面射流剪切层涡发生的位置升高;在多孔射流中,当多股射流合并为一股新的射流之后,才出现马蹄形涡的雏形,并最终发展成为马蹄形涡;剪切层涡的破裂导致CVP的形成,马蹄形涡和尾迹涡都影响CVP的发展。当多股射流合并为一个新的射流之后,CVP的形状才逐渐发生变化并趋于规则。

入射角对气膜冷却效果影响的数值研究

采用Realizablekε-湍流模型对吹风比M=1.0时平板单圆孔不同入射角度的气膜冷却流场进行了三维定常数值模拟,得出了沿程速度、气膜冷却效率及壁面努塞尔数的分布,并对流场的流动和传热特性进行了详细分析.结果表明:随着入射角度的减小,射流在沿程方向的影响区域有所增加,最大速度点的位置逐渐下移,但并不是按入射角度减小成线性递减;在各种射流角度下,最大冷却效率均出现在气膜孔下游附近的区域,并沿程逐渐降低;当5<x/d<20时,冷却效率在入射角度α=10°时最大,α=70°时最小;射流下游壁面的Nu在分离点附近出现峰值,吹风比相同时,α=10°时Nu最大,α=70°时最小;在流动区域内存在反向涡旋对,小角度射流时气膜良好的贴壁性抑制了反向涡旋对的抬升和发展,其换热效果在展向的影响范围相对较小.

不同孔型气膜冷却流场的大涡模拟

采用大涡模型(LES)模拟了圆形气膜孔和锥形角γ=30°扇形孔在吹风比M=1.0时不同截面上的涡量等值线以及分布特征随时间的变化过程。结果表明:对称面的正反旋涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡,同一截面扇形气膜孔旋涡生成和脱落的时间比圆形气膜孔的短,冷气射流与主气流掺混剧烈,带走的能量较多,所以壁面的冷却效率高;反向旋涡对气膜冷却流场有重要影响,在同一截面圆形孔的反向涡旋对(CVP)要比扇形孔的大,且涡心位置要比扇形孔的高,因此圆孔对壁面的冷却效果要比扇形孔的差。

气膜冷却流场传热特性的数值分析

应用Realizable k-ε紊流模型对吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0的三维气膜冷却流场进行了数值模拟,分析了回流区和反向涡旋对(CVP)对射流下游壁面换热的影响。计算结果表明,壁面换热峰值点位于分离点附近,在分离点后,努塞尔数沿流动方向逐渐降低;努塞尔数并不随吹风比的变化而单调变化,而是在吹风比为1.0时存在最佳值。