圆孔射流核心区衰减对凹面冲击换热与流动特性影响数值研究

凹面冲击射流流动与传热由于其在驻点处极高的换热能力而得到大量的关注及应用。但是冲击射流流动过程复杂,不同结构(如不同的壁面结构及冲击距离等)及流动参数都会对换热性能产生很大影响。本文通过数值仿真的方法验证了常用RANS湍流模型方案对凹面冲击射流流动与换热的影响,并和实验数据进行了对比。结果显示SST k-ω模型对于凹面冲击射流换热过程依然具有优势,尤其是在Nu第二峰现象的预测能力表现最优。本文研究了不同冲击距离H/d及Re下的流动与传热特性,并重点从射流核心区衰减的角度分析了不同冲击距离对冲击射流强化换热的机理。分析结果显示,射流核心区长度比ξ_(j)与壁面平均努塞尔数Nu有很大的相关性:ξ_(j)越小使得射流流体在核心区维持了足够的动能进入滞止区,得到的驻点处布局部Nu以及Nu越大,从H/d=4到H/d=1,在三种不同Re条件下,ξ_(j)分别下降了62%、61%和65%,而Nu相应增加了25%、22%及45%。