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1、振動(dòng)管內(nèi)壁面橫向射流的數(shù)值模擬王宏光朱志文（上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200093）Tel:13045611764，E-mail:WHG2005@USST.EDU.CN摘要采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)和兩方程湍流模型，通過(guò)求解二維非定常不可壓雷諾時(shí)均Navier-Stokes方程，對(duì)局部壁面振動(dòng)的管內(nèi)射流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析局部壁面振動(dòng)的振幅和頻率對(duì)流動(dòng)的影響。結(jié)果表明：射流孔下游壁面靜壓隨振幅、頻率的增加而增加。射流孔的平均流量隨振幅的增加而減小，隨頻率的增加而增加；流量波動(dòng)隨振幅、頻率的增加而增加，高振動(dòng)頻率對(duì)主流的影響更加明顯。研究結(jié)果為進(jìn)一步研究振動(dòng)表面小孔射流特征和振動(dòng)葉片的
2、氣模冷卻提供參考。關(guān)鍵詞管內(nèi)流動(dòng)；射流；壁面振動(dòng)；氣膜冷卻Thenumericalsimulationofjetflowonvibrationwallin2DtubeWANGHong-guang,ZHUZhi-wen(SchoolofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,shanghai200093)Abstract:Thejetflowonvibrationwallin2Dtubeissimulatedbasedonsolvingthetwo-dimensionalunsteady
3、RANSequationwithmovinggridandtwoequationturbulencemodel.Theamplitudeandfrequencyofwallvibrationactontheflowarediscussed.Theresuitsshowthatthestaticpressureonthewallofthejetholedownstreamincreaseswiththeincreaseoftheamplitudeandfrequency.Theaverageflowrateofthejetflowdecreaseswiththeincreaseofth
4、eamplitude,butincreaseswiththeincreaseofthefrequency,andtheflowratefluctuationincreaseswiththeincreaseoftheamplitudeandthefrequency,andthehighfrequencyhasmoreobviouseffectsonthemainstream.Theresultsprovidereferencesforfurtherstudyofthecharacteristicsofjetonthevibrationwallandthefilmcoolingonthe
5、vibrationblades.Keywords：Flowintube;Jetflow;Vibrationwall;Filmcooling0前言隨著燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)鉁囟鹊奶岣?，渦輪葉片冷卻技術(shù)研究受到更多重視[1,2]。工作中的渦輪動(dòng)葉片由于高速旋轉(zhuǎn)并受到靜葉尾跡、轉(zhuǎn)子不平衡等因素的激勵(lì)，處在小幅高頻的振動(dòng)狀態(tài)[3]。振動(dòng)作為強(qiáng)化傳熱的手段之一，在傳熱學(xué)領(lǐng)域得到較多應(yīng)用[4]。振動(dòng)強(qiáng)化傳熱分為兩類：第一類為傳熱面振動(dòng)；第二類為流體振動(dòng)（脈動(dòng)）[5]。在渦輪動(dòng)葉片冷卻問(wèn)題研究中，對(duì)屬于第二類振動(dòng)強(qiáng)化傳熱對(duì)葉片冷卻效果影響的研究較多[6]，例如分析靜葉柵尾跡形成的不穩(wěn)定尾流、來(lái)流湍流度等流動(dòng)
6、不穩(wěn)定因素對(duì)動(dòng)葉片傳熱和氣膜冷卻效果的影響；在葉片內(nèi)部冷卻通道設(shè)置擾流肋片或擾流柱，對(duì)流體進(jìn)行擾動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱等都屬于此類。但到目前為止，對(duì)第一類振動(dòng)強(qiáng)化換熱問(wèn)題，即渦輪動(dòng)葉片振動(dòng)與葉片冷卻效果之間關(guān)系問(wèn)題研究還沒(méi)有見(jiàn)到相應(yīng)的研究文獻(xiàn)。文獻(xiàn)[7]采用CFD方法研究了局部振動(dòng)控制翼型的升力問(wèn)題，表明一定條件下局部振動(dòng)能夠改變翼型的氣動(dòng)特性，起到增升減阻的作用。文獻(xiàn)[8]對(duì)管道壁面局部微振動(dòng)誘導(dǎo)邊界層內(nèi)大渦結(jié)構(gòu)及演化過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)研究，證明壁面局部微振動(dòng)可以誘導(dǎo)形成邊界層大渦結(jié)構(gòu)。這些研究說(shuō)明翼型或管道的小幅振動(dòng)，會(huì)使其表面流體的流動(dòng)特性發(fā)生變化，這就啟發(fā)我們：渦輪動(dòng)葉片振動(dòng)能夠引起
7、的動(dòng)葉片表面流動(dòng)狀態(tài)變化，并對(duì)葉片表面的氣膜冷卻和葉片內(nèi)部對(duì)流冷卻性能產(chǎn)生影響。本文將振動(dòng)葉片氣膜冷卻孔附近流動(dòng)問(wèn)題，簡(jiǎn)化為壁面局部振動(dòng)的二維管內(nèi)橫向射流模型，采用CFD方法，分析振動(dòng)壁面對(duì)橫向射流流動(dòng)的影響因素。1計(jì)算模型計(jì)算模型見(jiàn)圖1，流動(dòng)區(qū)域的長(zhǎng)高比為5:1，振動(dòng)區(qū)域FG位于BD的中心，長(zhǎng)度為1；射流孔位于FG的中心，寬度為0.1，射流管長(zhǎng)為0.3。射流孔隨振動(dòng)區(qū)域FG振動(dòng)。圖1簡(jiǎn)化模型圖圖2射流出口靜止時(shí)網(wǎng)格以水為工質(zhì)，進(jìn)口邊界AB采用速度入口，給
