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国际创新研究期刊》的研究在科学、工程和技术

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CFD的调查由沥青对当地的影响传热分布为介质横向气流撞击飞机的嵌套数组

Vivekananthan Karthikeyan1,Ssheshan Pugazhendhi2赛Krishnan Subramanium3安东尼·Aroul Raj V4
  1. U。G学生,机械工程系,Easwari工程学院,印度泰米尔纳德邦,
  2. U。G学生,机械工程系,Easwari工程学院,印度泰米尔纳德邦,
  3. U。G学生,机械工程系,Easwari工程学院,印度泰米尔纳德邦,
  4. 机械工程系教授,Easwari工程学院,印度泰米尔纳德邦,
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文摘

喷射撞击系统提供了一种有效的手段增强对流过程由于传热传质率高,可以实现。工业应用的范围,撞击飞机被用于宽。在材料的退火,回火,撞击射流的冷却系统发现使用热金属、塑料或玻璃表以及干燥的纸和织物。紧凑热交换器,应用于航空和汽车行业,通常使用多个撞击飞机在浓密的安排。在燃气轮机应用程序中,飞机撞击被经常用于很长一段时间。因为增加热效率高涡轮入口温度,许多燃气轮机部件,如转子磁盘,涡轮叶片和叶片,或燃烧室的墙壁,容许最高操作温度高于材料的限制。操作的间隔,以保证耐用性和长期有效的冷却所需的概念是这些高度加载组件。目前的工作包括学习知识jet-to-jet间距对当地的影响传热分布由于内联矩形数组在多个圆形空气喷射撞击在平行于表面喷射板计算。剪切应力传输(SST) k-ω湍流模型。流撞击后,退出限制在两个相反的方向从飞机板之间形成的封闭通道和目标板。 Mean jet Reynolds numbers based on the nozzle exit diameter (d) covered is 10,000 and jet-to-plate spacings studied are d, 2d and 3d. Spanwise pitches considered are 2d, 4d and 6d in steps of 2d keeping the streamwise pitch at 5d. Length-to-diameter ratio of nozzles of the jet plate is 1.0. For all the configurations, the jet-plates have ten spanwise rows in streamwise direction and six jets in each spanwise row. The results obtained are validated against the experimental data available in the open literature.

关键字
喷射撞击、剪切应力运输(SST)模型k-ω湍流模型。

介绍
Katti和您正在[2008]注意到当地努塞尔特数的波动衰减更快比z z / d = 3 / d = 1。在高峰值增加下游z / d = 1,但他们减少z / d = 3。峰的位置转向的下游由于横向气流在空气射流中心线。当地的分布沿流向方向努塞尔特数字y / yn = 0.5每个飞机有温和的山峰出现波动。的迅速波动减弱z / d比z / d = 3 = 1。值峰值增加下游的z / d = 1几乎线性因为错流速度增加频道但他们减少z / d = 3。可以看出停滞努塞尔特高空距6 d数字高于由2 d和4 d距给定z / d。由局部传热系数的变化在不同的行是大回水区在更高的高空球。这可能是由于增加的飞机与较低的高空球。比较的基础上平均努塞尔特数显示configurationwith高空球场4比2 d和6 d d性能更好。 Significant deterioration in stagnation point heat transfer coefficient in comparison with impingement due to single-jet is observed for lower spanwise pitch (5, 2). This may be because of spanwise jet-to-jet interaction and crossflow.
不同的湍流模型的预测特征调查了几个作者喜欢Barata et al。[1992],祖克曼和Lior[2005],发现k-ε模型充分代表了总流的特性。然而,该方法未能预测的湍流结构撞击区和涡粘性的喷泉流由于不适用的假设。春天et al。[2008]显示撞击配置高射流雷诺数和最大横向气流可以数值预测以合理的成本标准商业CFD工具,只要正确地定义领域界限。祖茂堂等。[2009]调查了SST湍流模型和报道这个模型是最适合多个撞击飞机的造型之间由于良好的协议实验和数值数据以合理的成本。邢出版社。,[2010] reported that the error between the experimental data and the numerical data, using Shear Stress Transport hybrid model (SST k-ω model) is within the acceptable range of 5-20%, which makes this model a good compromise between accuracy and computational cost.

建模、仿真和分析
目标板模型以及空气充气。长径比的喷嘴喷射板是1.0。流撞击后,退出限制在两个相反的方向从飞机板之间形成的封闭通道和目标板。意味着射流雷诺数基于喷嘴出口直径(d)是10000,jet-to-plate间距研究d, 2 d和3 d。高空球被认为是2 d, 4 d, 6 d步骤2 d保持音高回水区的5 d。所有配置,jet-plates 5由行流向方向在每个由行和3的气流。所有CFD问题定义边界条件。喷气机板的温度在343 k。提供空气的温度在308 k。
软件策略2.4.6会比它用来创建几何和网格生成。ANSYS流利14用于求解控制方程和后期处理数据。采用六面体网格网格整个域。六面体的细胞计数rangesfrom 3000000到5800000 cellsapproximately differentconfigurations。
生成的网格在策略导入ANSYS流利而解决。网域重新排序,是按比例缩小的模型。选择基于压力隐式求解器。k-ωSST湍流模型(剪切应力传输)选择混合模式。流体性质是按要求更正。然后指定的边界条件。防冲板是施加恒定的温度(343 K)边界条件和无滑动边界条件。所有其他墙壁被视为绝热无滑动墙。速度进口条件给出了增压室的顶部。0.2463米/秒的速度在308 K。 The velocity is calculated such that its mean jet Reynolds number is 10000 at the impingement holes. Faces at the planes XY and YZ are given with symmetry boundary condition. The reference values are entered as per the calculated dimensions and values for each case.
广泛使用的简单算法用于压力速度耦合。空间离散化是基于二阶准确的方案。标准用于压力插值方案。解决方案被认为是聚合最大剩余价值时的顺序可达的能量,和其他的纯量。此外,撞击表面的表面面积加权平均努塞尔特数不断监控。从所有的区域和迭代初始化解决方案。聚合后解决方案。

结果,讨论和验证
当地努塞尔特分配编号为(5,2),(4)和(5、6)配置各自的高空位置从y / yn = 0到0.5的步骤0.1通道高度z / d = 1,图2和图3所示。(1)-(9)。平均射流雷诺数10000维护所有的情况下。调查可以看出,配置,努塞尔特数在所有行从y / yn = 0到0.5峰第一次在x / d = 2.5,第一的位置对应于中心线高空的飞机,至少受到横向气流的影响。(2)配置,从图(1)-(3),高峰值观察到随着通道高度增加而增加y / yn。停滞努塞尔特数的变化可以归因于增加射流雷诺数值这一行的飞机通道增加高度。高峰值沿y / yn = 0推动下游从各自的射流中心线。同时,由于强烈的墙喷气机交互,形成二级隆起。
图像
当地的努塞尔特数z / d = 1减少在第四行,然后增加在第五行。偏转的减少是由于飞机由于横向气流质量流量。但是,射流雷诺数在第五行是那么高,它克服了横向气流的影响,给当地努塞尔特数更高的价值。从情节可以看出,几乎等于最高峰。当地努塞尔特数乐队的宽度也是很高的由于高横向气流。这种情况下的平均努塞尔特数是45.667。对于z / d = 2和3,当地努塞尔特数减少最后两行。可以看出从fig.,最后上升情况下的局部努塞尔特数z / d = 2是因为,大部分的飞机在第五排出口不撞在板上。在z / d = 3的情况下,最终击中飞机离开。因此,没有观察到第五高峰。 The average values of Nusselt number for these cases are 42.927 and 40.471 respectively.A decreasing trend of average Nusselt number
图像
与增加通道高度是观察这个配置。努塞尔特数所有的路线从y / yn = 0到0.5峰第一次在x / d = 2.5,第一的位置对应于中心线高空排飞机,至少受到横向气流的影响。(2)配置,从无花果,高峰值观察到随着通道高度增加而增加y / yn。停滞努塞尔特数的变化可以归因于增加射流雷诺数当地努塞尔特分配编号为(5,2),(4)和(5、6)配置各自的高空位置从y / yn = 0到0.5的步骤0.1通道高度z / d = 1、2和3所示图的平均射流雷诺数10000维护的情况。可以看出,allconfigurations调查。这一行的值增加通道高度的飞机。在下游,所有thespanwise rowofjets经验横向气流在空气从上游飞机。高峰值alongy / yn = 0推downstreamfrom各自的飞机centrelinesfourth行,然后增加在第五行。从情节可以看出,几乎等于最高峰。当地努塞尔特数乐队的宽度也是很高的由于高横向气流。这种情况下的平均努塞尔特数是45.667。
图像
对于z / d = 2和3,当地努塞尔特数减少最后两行。这表明该地区横向气流在射流的统治地位。可以看出从fig.,最后上升情况下的局部努塞尔特数z / d = 2是因为,大部分的飞机在第五排出口不撞在板上。在z / d = 3的情况下,最终击中飞机离开。因此,没有观察到第五高峰。努塞尔特numberfor这些情况下的平均值分别为42.927和40.471。平均努塞尔数的下降趋势增加高度观察thisconfiguration频道。努塞尔特数在所有行从y / yn = 0到0.5峰第一次在x / d = 2.5,
图像
位置对应于第一高空行中心线的飞机,至少受到横向气流的影响。(2)配置,从无花果,高峰值观察到随着通道高度增加而增加y / yn。停滞努塞尔特数的变化可以归因于增加射流雷诺数当地努塞尔特分配编号为(5,2),(4)和(5、6)配置各自的高空位置从y / yn = 0到0.5的步骤0.1通道高度z / d = 1、2和3所示图的平均射流雷诺数10000维护的情况。可以看出,allconfigurations调查。这一行的值增加通道高度的飞机。在下游,所有thespanwise rowofjets经验横向气流在空气从上游飞机。高峰值alongy / yn = 0 downstreamfrom各自的射流中心线,推的位置
图像
对应于第一高空行中心线的飞机,至少受到横向气流的影响。(2)配置,从无花果,高峰值观察到随着通道高度增加而增加y / yn。停滞努塞尔特数的变化可以归因于增加射流雷诺数当地努塞尔特分配编号为(5,2),(4)和(5、6)配置各自的高空位置从y / yn = 0到0.5的步骤0.1通道高度z / d = 1、2和3所示图的平均射流雷诺数10000维护的情况。可以看出,allconfigurations调查。这一行的值增加通道高度的飞机。在下游,所有thespanwise rowofjets经验横向气流在空气从上游飞机。高峰值alongy / yn = 0 downstreamfrom各自的射流中心线。
图像
同时,由于强烈的墙喷气机交互,形成二级隆起。当地的努塞尔特数z / d = 1分别减少42.927和40.471。下降趋势的平均努塞尔特数增加通道高度是观察这个配置。对于z / d = 2和3,当地努塞尔特数减少最后两行。这表明该地区横向气流在射流的统治地位。可以看出从fig.,最后上升情况下的局部努塞尔特数z / d = 2是因为,大部分的飞机在第五排出口不撞在板上。在z / d = 3的情况下,最终击中飞机离开。因此,没有观察到第五高峰。
这些病例的平均努塞尔特数的值分别为42.927和40.471。下降趋势的平均努塞尔特数增加通道高度是观察这个配置。对于z / d = 2和3,当地努塞尔特数减少最后两行。这表明该地区横向气流在射流的统治地位。可以看出从fig.,最后上升情况下的局部努塞尔特数z / d = 2是因为,大部分的飞机在第五排出口不撞在板上。在z / d = 3的情况下,最终击中飞机离开。因此,没有观察到第五高峰。这些病例的平均努塞尔特数的值分别为42.927和40.471。
图像
(4)配置,高峰值观察到随着通道高度增加而增加y / yn这可以看到从图(4)-(6)。(2)配置不同,我们看到五个不同的山峰。同时,山峰的转变从各自的喷射孔位置是更少。这表明横向气流主要地以貌取人,因为横向气流质量流量是大约一半的(5,2)的配置。3例,局部努塞尔数的增加前两行是边际。这是由于这一事实,增加射流雷诺数的影响是由横向气流的效果无效。对于z / d = 1和2,我们看到三个高峰结束时,峰值的增加对出口的方向。这是由于射流雷诺数的增加。
图像
此案z / d = 1在这个配置的最高峰。,因为对于最后两排射流雷诺数大于其他配置。同时,y / yn z / d = 0.5 = 1看起来不同于其他两种构型。对出口波动减少。这是因为横向气流质量流量比其他两个。因此,面向大多数在空中沿着这些方向,因为这是流动阻力最小的路径。这个属性相对光滑曲线与轻微的局部努塞尔特数增加距离。这种情况下的平均努塞尔特数是49.495。而其他两种,表明横向气流的山峰是可见的效果不明显的在这些地区和局部努塞尔特数最小。z / d = 3的情况下,改变当地努塞尔特数四个山峰边缘。 This indicates that the effects of crossflow are cancelled out by the increase in jet Reynolds number. A steep peak is observed for the fifth row of jets which is due to the acceleration of wall jet towards the exit. The average values Nusselt number for these cases is 49.003 and 48.663 respectively. A decrease in average Nusselt number with increase in channel height is observed in this configuration too.
图像
当地努塞尔特数轮廓和情节的配置(5、6)无花果所示(7)-(9),观察到山峰从各自的孔位置的转变是非常少,因为更少的横流式的。它比的轮廓和情节看到(5、6、1)非常相似的(5 4 1)。这是因为横向气流影响,射流雷诺数变化对于这种情况是相似的。虽然,随着射流雷诺数的变化不一样(5、4、1)的情况下,降低峰值是观察。y / yn = 0.5几乎是一个平滑的曲线与轻微的雷诺数的增加是由于theorientation花空气沿着这条线。这种情况下的平均努塞尔特数是45.625。z / d = 2的配置,在飞机的位置对应于第一行,峰值是观察到更高的价值比飞机的未来三行。这是由于高射流雷诺数和减少是由于横向气流的影响,即使是在射流雷诺数略有增加。峰由于飞机最后一行高的综合效应增加射流雷诺数和壁射流出口附近的加速度。这种情况下的平均努塞尔特数是44.421。z / d = 3配置看起来非常不同于所有其他配置。 That is, all five peaks look similar and have almost same peak values. Also, the shift of peaks from its respective whole position is almost negligible as the crossflow mass flux is the lowest of all the other cases. Hence, jet-to-jet interaction is absent and the jet-to-crossflow interaction is negligible. Also the jet Reynolds number is almost equal to the mean jet Reynolds number. This is the case of single jet impingement. Hence, the array of jets may behave as if it is a single impinging jet.
这种情况下的平均努塞尔特数是43.667。减少与增加频道平均努塞尔数的价值高度也观察到在这个配置。几乎在所有其他情况下,局部努塞尔特数由于撞击飞机的最后一行是最高的。但是这种情况下是一个例外,因为在所有其他情况下,由于横向气流影响,射流偏转。但对于(5、6、3)情况下,由于几乎没有横向气流,飞机的撞击最后一排的位置是不近,在其他情况下,因此墙上喷射不加速,导致较低的价值。从这项研究中获得的计算结果对实验结果验证Katti和您正在从文献[2008]。可以看出当地努塞尔特数停滞地区在大多数情况下,软件开发。当地努塞尔特数under-predicted最低。还在停滞双峰地区观察到计算结果,在实验数据不存在。然而,它的影响平均努塞尔特数很低。 The average Nusselt number is slightly under-predicted.

结论
计算调查研究进行局部传热分布在目标板上由于在撞击直列式矩形阵列的多个飞机废气流退出在两个相反的方向。几何建模在策略2.4.6软件和网状的相同。求解和后处理是流利的14个软件来完成的。回水区距5 d,由2 d距,4 d和6 d d通道的高度,2 d和3 d。数量的飞机在高空回水区方向与对称边界条件分别为5和3 X和Z方向施加的压力,以便复制实验模型在文献中。意思是射流雷诺数为10000。获得的结果与实验数据很好的协议可以在文学。以下结论的研究。对于一个给定的通道高度,(4)配置性能更好。近顺翼展方向的间距,性能也会由于增加jet-to-jet交互。 The higher spanwise spacing results in lower value of local Nusselt number in the spanwise region between the jets, hence decrease in average value.For any spanwise configuration, z/d = 1 performs better. The higher average Nusselt number is achieved in this case due very high crossflow mass flux. Also, the jet Reynolds number in the streamwise direction increase, resulting in increase in peak values streamwise.Higher spanwise spacing and channel height as in the case of (5,6,3) exhibits single-jet impingement- like behavior, resulting in almost equal peak values and decrease in average Nusselt number.

确认
作者欣然承认教授Vadiraj Katti, S.V.教授您正在,机械工程系,印度孟买理工学院为允许使用他们的实验数据进行这项研究。

引用
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