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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaFeb．252017Vol38No2SSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：Hhkxbbuaa．educnhkxb@buaaeduca表面凸起對機(jī)翼熱氣防冰腔內(nèi)換熱強(qiáng)化的影響郭之強(qiáng)1，鄭梅1，董威1’*，朱劍鏊21．上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海2002402．中國航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海201108摘要：采用數(shù)值模擬對比研究了光滑表面和具有表面凸起結(jié)構(gòu)熱氣防冰腔內(nèi)湍流流動(dòng)的換熱特性。機(jī)翼防冰腔內(nèi)笛形管具有三排射流孔，射流孔角
2、度有0?！?5。組合以及0?！?0。組合。為了強(qiáng)化射流沖擊光滑表面的流動(dòng)換熱，在防冰腔內(nèi)表面正對射流孔的射流沖擊區(qū)，設(shè)計(jì)了表面凸起結(jié)構(gòu)，用來強(qiáng)化射流對壁面的沖擊換熱效果并起到引流作用。通過改變射流孔射流角度研究了射流角度對傳熱特性的影響。計(jì)算結(jié)果表明：與光滑防冰腔內(nèi)表面射流沖擊換熱相比，表面凸起結(jié)構(gòu)可以將均勻發(fā)散的壁面射流集中為高速壁面射流，提高壁面射流區(qū)的對流換熱系數(shù)，從而增強(qiáng)射流沖擊換熱效果，機(jī)翼前緣的強(qiáng)化換熱效果尤為明顯。關(guān)鍵詞：熱氣防冰；沖擊射流；表面凸起；強(qiáng)化換熱；數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：V211．3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：i00
3、0—6893(2017)02—52070910熱氣防冰腔系統(tǒng)作為一種有效的機(jī)翼防冰手段，一直廣泛應(yīng)用在航空飛行器上。熱氣系統(tǒng)在工作時(shí)從航空發(fā)動(dòng)機(jī)中抽取部分熱氣對部件表面進(jìn)行加熱以達(dá)到防冰的目的，防冰腔引氣量的大小會(huì)直接影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，所以開展防冰腔內(nèi)強(qiáng)化換熱研究以減少熱氣引氣量是十分必要的。國外很早就開展了笛形管和射流沖擊彎曲表面的實(shí)驗(yàn)研究口‘2]，當(dāng)時(shí)的工作主要集中在狹縫和單孔射流以及射流沖擊平板換熱的研究上；隨后，在射流沖擊平板換熱的基礎(chǔ)上，開始著手研究射流沖擊彎曲表面和平板之間的區(qū)別口。4]。Hrycak[3。41的試驗(yàn)結(jié)
4、果表明：當(dāng)雷諾數(shù)為12000～88000，射流沖擊小彎曲率的彎曲表面時(shí)，滯止點(diǎn)處對流換熱系數(shù)彎曲表面要高于平板，且總的對流換熱系數(shù)也高于平板；對于高彎曲率的彎曲表面，在流體沖擊換熱時(shí)存在流體的卷吸現(xiàn)象邸。8]。為了增強(qiáng)射流表面的對流換熱效果，提高射流換熱效率，研究人員從提高射流壁面流動(dòng)的摻混力度增強(qiáng)流動(dòng)的湍流特性人手，針對多孔射流沖擊表面做了深入研究凹。1“，研究參數(shù)主要包括：射流孔的射流角度、射流孔問距、射流孔距前緣的距離以及射流表面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速等。相對于試驗(yàn)而言數(shù)值計(jì)算成本相對較低，可較為詳細(xì)地展示防冰腔內(nèi)部流體的流動(dòng)狀態(tài)，因此越來越多
5、的學(xué)者開始致力于這方面的研究，主要分為兩部分：一是沖擊彎曲表面換熱的數(shù)值計(jì)算方法；二是通過數(shù)值模擬優(yōu)化笛形管防冰腔系統(tǒng)。Mujumdar等口2。15]通過數(shù)值計(jì)算的方法研究湍流模型對射流沖擊表面對流換熱系數(shù)預(yù)測準(zhǔn)確度的影響，并且在原有的湍流模型上加以改進(jìn)?？偟膩碚f二方程的湍流模型只能部分模擬出射流收稿日期：2016—08—26；退修日期：2016—10—10；錄用日期：2016—11—16；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016—11—3015：18網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929．V．201611301518
6、002htmI基金項(xiàng)目：國家“973”計(jì)劃(201508755800)；國家自然科學(xué)基金(11572195，11272212)*通訊作者．E-mail：wdong@sjtueduca}
7、角撂武：郭之強(qiáng)，鄭梅，董威．等．表面凸起對機(jī)翼熱氣肪冰腔由換熱強(qiáng)化的影響!JI，航空學(xué)報(bào)．2017。38(2)：520709．GUOZQ，ZHENGM，DONGW，etalInfluenceofsurfaceconvexORheattransferenhancementofwinghotairanti-icingsystem[JJActaAeronaut
8、icaetAstronauticaS{nica，2017．38(2)：520709。520709．1航空學(xué)報(bào)沖擊彎曲表面的流動(dòng)特性，湍流模型的使用還有待改善。通過對射流沖擊換熱湍流模型的研究，研究人員基本鎖定了改進(jìn)的磚e湍流模型和剪切應(yīng)力輸運(yùn)(SST)肛叫湍流模型作為數(shù)值計(jì)算采用的湍流模型，用數(shù)值計(jì)算的方法研究在不同幾何和不同流體參數(shù)狀態(tài)下，射流流體的傳熱傳質(zhì)特性。Kumar等口61數(shù)值研究了射流孔雷諾數(shù)、射流孔距壁面距離及孔間距等對射流表面對流換熱系數(shù)和壁面壓力分布的影響。其結(jié)果表明：在增加出口雷諾數(shù)、減小射流孔到壁面距離和減小孔間距
9、的情況下，壁面對流換熱系數(shù)隨之增加；Sharif和Mothe[173數(shù)值模擬研究了出口雷諾數(shù)對表面對流換熱系數(shù)的影響，并且通過耦合數(shù)值數(shù)據(jù)得到了關(guān)于平均表面對流換熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。Mattos和Olivei
