活塞式驱动自耦合射流冲击冷却实验研究.pdfVIP

中困工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：073325 活塞式驱动自耦合射流冲击冷却实验研究 高珊 张靖周 谭晓茗 苑翔 南京航空航天大学能源与动力学院 南京 210016 (联系电话：025 摘要：本文利用红外热像测试技术对活塞式驱动白耦合射流冲击冷却进行了一系列的实验，揭示Ⅲ其 局部换热特性。实验结果表明：活塞式驱动自耥合射流冷却效果漫著，相i无横流的情况下，冲击问距 对壁面的换热影响较人；在有横流的情况下，白耦合射流冲击冷却壁面的换热效果l蛆娃增强，但是随 横流流量增大，白耦合射流垂直冲击和横流冲刷的共同冷却作用相对减弱，平均换热增强的幅度减小。 关键词：自耥含射流； 冲击冷却； 强化传热： 红外热像仪 l 刖暑 自耦合射流具有零质量射流的显著特征，无需附加流 体输运动力装置，其产生的主体器件就是白耦合射流激发 器。如图l所示，活塞振动式激发器采用微型电机带动活 塞在一个出口平面开缝或有孔的腔体中来回运动，不停地 吸入和排出外界空气，使缝隙处产生一系列向外扩展的非 定常涡环，形成持续的高动量射流。 强化传热一般是指通过增加传热面积或提高换热系 数使传热增强。而在射流冲击驻点区域对流换热系数比较 火，散热效果较好，常常用于对某些发热部件的冷却。由 予自耦合射流的流动具有脉动性，在相同雷诺数’卜．，自耦 合射流比常规的连续射流具有更强的夹带能力，因此将白 耦合射流引入到对流换热的强化方面有良好的应用前景。 本文对活塞式驱动白耦合射流在冲击冷却方面的换热特性 幽l 活寨式激发器结构图 进行了实验研究，分析了在有横流和无横流的情况下壁面的换热规律。 2实验系统 实验通过控制步进电机转速来控制缸内活塞的运动，从而构成活塞式激发器。汽 缸直径D=23．6 厚度为h=2mm，半径为r=2．985mm。(图2) I到2 活塞式激发器及孔板 实验系统如图3所示。横流通过一一台压气机供给，气流流经空气浮子流量计后通过 1683 稳压段管道以均匀的速度进入冲击通道。冲击靶扳采用康铜膜粘贴在聚丙烯塑料板上制 器对康铜膜进行加热，实现恒热流加热的边界条件，实验时保持热流密度为2500W／m2K 不变。冲击靶板可以上。F移动，来改变臼耦合射流的冲击间距。射流冲击靶板冷却后的 温度分布图像由红外热像仪获得，从而可以根据测山的电加热功率得到连续的局部传热 特性。 Z 圈3 实验系统图 冲击靶板的对流换热系数定义为：。 g2厅(瓦一乃) 式中：瓦为冲击靶板的温度，L为射流的温度。 由于康铜膜背面的散热很小，冲击靶面的对流换热系数可以表示为： 足： !匕 彳(瓦一乃) 式中：，y为康铜膜的加热功率，彳为康铜膜的加热面积。 3实验结果及分析 3．1 无横流时冲击靶面换热特性 幽4 冲击问距z／严ll时靶面娃示幽像 像仪拍摄获得的冲击靶面温度显示图象。根据图像显示，冲击靶面所对应的驻点区域为 温度最低、换热最强，温度分布链圆形分布、具有对称性。 在不同的冲击间距’r，保持活塞r作频率不变，仁24Hz，根据红外热像仪拍摄到的 冲击靶面温度图像，得剑的沿一个方向的对流换热系数分布曲线(图5)。由图中可看出 其分布曲线趋势基本～致，射流在驻点区域换热系数值最高，沿着径向距离的增大换热 系数逐渐降低。而且随着冲击间距的增火，换热系数分布曲线先升高后‘F降。当冲击间 距为Z／r=l1时，白耦合射流对加热肇面的冲击冷却效果最佳，此时冲击靶面正处于白耦 合射流的发展区内：当Z／r小于11时，射流还处于发展形成阶段，属丁不稳定状态；当 Z／r火于1l以后，射流充分发展形成比较稳定的湍流射流，对壁面的冲击换热效果增强， 但是随着冲击间距过火，射流