不同结构的冷却管脉冲射流流动响应特性

蔡可信; 毛军逵; 徐启明; 毕帅; 王磊; 周洁

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20200372

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

不同结构的冷却管脉冲射流流动响应特性

燃烧、传热、传质 | 更新时间：2025-04-07

- 不同结构的冷却管脉冲射流流动响应特性
- Pulse jet flow response characteristics of cooling pipe with different structures
- 航空动力学报 2022年37卷第3期页码：523-533
- 作者机构：
  
  南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016
- 作者简介：
  
  蔡可信（1993-），男，硕士，研究领域为发动机传热传质。E⁃mail：ckx18021820067@163.com
  毛军逵（1976-），男，教授，博士，研究领域为航空宇航推进理论与工程。E⁃mail：mjkpe@nuaa.edu.cn
- 基金信息：
  
  航空科学基金(201928052002)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20200372
  中图分类号：
- 稿件说明：
移动端阅览
蔡可信, 毛军逵, 徐启明, 等. 不同结构的冷却管脉冲射流流动响应特性[J]. 航空动力学报, 2022,37(3):523-533.

Kexin CAI, Junkui MAO, Qiming XU, et al. Pulse jet flow response characteristics of cooling pipe with different structures[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(3): 523-533.
蔡可信, 毛军逵, 徐启明, 等. 不同结构的冷却管脉冲射流流动响应特性[J]. 航空动力学报, 2022,37(3):523-533. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20200372.

Kexin CAI, Junkui MAO, Qiming XU, et al. Pulse jet flow response characteristics of cooling pipe with different structures[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(3): 523-533. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20200372.

摘要

探究了结构参数对脉冲射流经冷却管内流动响应规律。在脉冲频率为1 Hz，雷诺数为5 000，脉冲射流占空比为50%的气动参数下，对冷却管管径

、

射流孔孔径、孔间距的变化对脉冲射流流动响应特性带来的影响依次分析，对结构参数对脉冲射流在冷却管内流动响应特性产生影响的内在机制进行综合阐述。针对上述结构参数拟合出冷却管射流质量系数随冷却管管径、射流孔孔径、孔间距变化的经验关系式，为优化阵列脉冲射流的冷却管结构设计提供数据基础。研究发现，冷却管射流速度的响应时间、迟滞时间均随着冷却管管径、射流孔孔间距和孔径的增加而减小。随着冷却管管径增大，射流孔孔径减少，孔间距减少，冷却管内射流速度系数增大，冷却管内压力增大，流容减少。

Abstract

The flow response law of pulse jet through cooling pipe with structural parameters was explored. Under the aerodynamic parameters of pulse frequency of 1 Hz，Reynolds number of 5 000 and pulse jet duty ratio of 50%，the influences of cooling pipe diameter，jet hole diameter，hole spacing on the pulse jet flow response characteristics were analyzed successively and the internal mechanism of the influence of structural parameters on the flow response characteristics of pulse jet in the cooling pipe was comprehensively described.In view of the structural parameters，empirical formulae of the cooling pipe jet quality coefficients with cooling pipe diameter，jet hole diameter，hole spacing were fitted to optimize the array of pulse jet cooling pipe chamber，providing a reference for structure design.It was found that the response time and hysteresis time of cooling pipe jet velocity decreased with the increase of cooling pipe diameter，hole spacing and jet hole diameter.With the increase of cooling pipe diameter，the decrease of jet hole diameter and hole spacing，the pressure in the cooling pipe and the jet velocity coefficient increased，and the flow capacity decreased.

关键词

Keywords

references

胡英俊 , 梁宏涛 , 张晓哲 . 先进航空发动机与第四代战斗机 [J]. 航空兵器 , 2002 （ 3 ）: 45 ⁃ 46 .

HU Yingjun , LIANG Hongtao , ZHANG Xiaozhe . Advanced aero⁃engine with 4th generation fighter aircraft [J]. Aviation Weapon , 2002 （ 3 ）: 45 ⁃ 46 . （in Chinese）

LATTIME S B , STEINETZ B M . High⁃pressure⁃turbine clearance control systems: current practices and future directions [J]. Journal of Propulsion and Power , 2012 , 20 （ 2 ）: 302 ⁃ 311 .

曾军 , 王鹏飞 . 民用航空发动机涡轮叶尖间隙主动控制技术分析 [J]. 航空科学技术， 2012 （ 2 ）: 1 ⁃ 6 .

ZENG Jun , WANG Pengfei . Analysis on turbine active clearance control technology of civil aircraft engine [J]. Aeronautical Science and Technology , 2012 （ 2 ）: 1 ⁃ 6 . （in Chinese）

乔剑 . 涡轮叶尖间隙主动控制机匣内部流动与换热特性研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2010 .

QIAO Jian . Study on flow and heat transfer characteristics of turbine tip clearance with active control in casing [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2010 . （in Chinese）

张井山 , 毛军逵 , 李毅 , 等 . 高压涡轮主动间隙控制机匣内部换热特性实验 [J]. 航空动力学报 , 2014 , 29 （ 2 ）: 298 ⁃ 304 .

ZHANG Jingshan , MAO Junkui , LI Yi , et al . Experiment on heat transfer characteristics inside the casing of high pressure turbine with active clearance control [J]. Journal of Aerospace Power , 2014 , 29 （ 2 ）: 298 ⁃ 304 . （in Chinese）

王宝官，陈伟 . 涡轮叶尖间隙控制方法与树脂分析技术研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2003 .

WANG Baoguan , CHEN Wei . Research on turbine tip clearance control method and resin analysis technology [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2003 . （in Chinese）

王磊 , 张靖周 , 杨卫华 . 密集型阵列冲击射流换热特性实验 [J]. 航空动力学报 , 2009 , 24 （ 6 ）: 1264 ⁃ 1269 .

WANG Lei , ZHANG Jingzhou , YANG Weihua . Experimental research on heat transfer characteristics of denser jet array impingement [J]. Journal of Aerospace Power , 2009 , 24 （ 6 ）: 1264 ⁃ 1269 . （in Chinese）

单文娟 , 毛军逵 , 李毅 , 等 . 斜向冲击强化换热特性试验 [J]. 航空动力学报 , 2013 , 28 （ 3 ）: 701 ⁃ 708 .

SHAN Wenjuan , MAO Junkui , LI Yi , et al . Experiment on heat transfer characteristics with inclined impingement [J]. Journal of Aerospace Power , 2013 , 28 （ 3 ）: 701 ⁃ 708 . （in Chinese）

HABIB M , SAID S A M , AI⁃FARAYEDHI A A . Heat transfer characteristics of pulsated turbulent pipe flow [J]. Heat and Mass Transfer , 1999 , 34 （ 5 ）: 413 ⁃ 421 .

HABIB M , ATTYA A M , SAID S A M , et al . Heat transfer characteristics and nusselt number correlation of turbulent pulsating pipe air flows [J]. Heat and Mass Transfer , 2004 , 40 （ 4 ）: 307 ⁃ 318 .

周静伟 , 杨兴贤 , 耿丽萍，等 . 非稳态冲击射流强化传热试验研究 [J]. 机械工程学报 , 2010 , 46 （ 6 ）: 144 ⁃ 148 .

ZHOU Jingwei , YANG Xingxian , GENG Liping ， et.al . Experimental investigation on heat transfer augmenttation with nnsteady impinging jet [J]. Journal of Mchanical Egineering , 2010 , 46 （ 6 ）: 144 ⁃ 148 . （in Chinese）

XU P , YU B , QIU S X , et al . Turbulent impinging jet heat transfer enhancement due to intermittent pulsation [J]. International Journal of Thermal Sciences , 2010 , 49 （ 7 ）: 1247 ⁃ 1252 .

XU P , QIU S X , YU M Z , et al . A study on the heat and mass transfer properties of multiple pulsating impinging jets [J]. International Communications in Heat and Mass Transfer ， 2012 , 39 （ 3 ）: 378 ⁃ 382 .

胡玉生 . 流体脉动强化对流换热的数值模拟 [D]. 重庆 : 重庆大学 , 2005 .

HU Yusheng . Numerical simulation of heat transfer enhancement with pulsating flow [D]. Chongqing : Chongqing University , 2005 . （in Chinese）

巩岁平 , 樊嘉峰 , 徐芳 , 等 . 两种动态压力测量装置试验对比研究 [J]. 燃气涡轮试验与研究 , 2017 , 30 （ 6 ）: 37 ⁃ 42 .

GONG Suiping , FAN Jiafeng , XU Fang , et al . Experimental comparison research on two measuring devise of dynamic pressure [J]. Gas Turbine Experiment , 2017 , 30 （ 6 ）: 37 ⁃ 42 . （in Chinese）

王峻晔 , 葛晓陵 , 吴东棣 . 分支流理论研究进展 [J]. 力学进展 , 1998 , 28 （ 3 ）: 392 ⁃ 401 .

WANG Junye , GE Xiaoling , WU Dongli . Research progress of bifurcation flow theory [J]. Journal of hydrodynamic , 1998 , 28 （ 3 ）: 392 ⁃ 401 . （in Chinese）

丁水汀 , 车巍巍 , 刘传凯 . 空气系统双腔模型的压力动态特性分析 [J]. 北京航空航天大学学报 , 2016 , 42 （ 4 ）: 654 ⁃ 661 .

DING Shuiting , CHE Weiwei , LIU Chuankai . Analysis of dynamic characteristics of air system with double cavity model [J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics , 2016 , 42 （ 4 ）: 654 ⁃ 661 . （in Chinese）

唐婵 , 张靖周 , 谭晓茗 , 等 . 带集气腔的脉冲射流冲击换热实验和数值研究 [J]. 航空动力学报 , 2019 , 34 （ 6 ）: 1334 ⁃ 1343 .

TANG Chan , ZHANG Jingzhou , TAN Xiaoming , et al . Experimental and numerical study on pulsed jet impingement heat transfer with an additional collection chamber [J]. Journal of Aerospace Power , 2019 , 34 （ 6 ）: 1334 ⁃ 1343 . （in Chinese）

张洪 , 祝锡晶 , 赵韡 , 等基于Fluent自振脉冲射流腔体结构参数的数值优化 [J]. 中北大学学报（自然科学版） , 2017 , 38 （ 5 ）: 556 ⁃ 560,573 .

ZHANG Hong , ZHU Xijing , ZHAO Wei , et al . Numerical optimization of the structure parameters of the self⁃vibration pulse jet cavity based on fluent [J]. Journal of North University of China （Natural Science Edition） , 2017 , 38 （ 5 ）: 556 ⁃ 560,573 . （in Chinese）

郑军 , 曾丹苓 , 王萍 , 等 . 利用流体脉动强化换热的试验研究 [J]. 热科学与技术 , 2003 , 2 （ 3 ）: 245 ⁃ 249 .

ZHENG Jun , ZENG Danling , WANG Ping , et al . Experimental study on strengthening heat transfer by fluid pulsation [J]. Journal of Thermal Science and Technology , 2003 , 2 （ 3 ）: 245 ⁃ 249 . （in Chinese）

NGUEPNANG M A , BOER M , KIM T . Stagnation heat transfer on a concave surface cooled by unconfined slot jet [J]. Journal of Thermophysics and Heat Transfer , 2016 , 30 （ 3 ）: 1 ⁃ 9 .

SOGHE R D , FACCHINI B , MICIO M , et al . Heat transfer and pressure drop analysis of a turbine casing impingement cooling system [R]. Copenhagen,Denmark : ASME Turbo Expo Turbine Technical Conference and Exposition ， 2012 .

张效伟 , 朱惠人 , 张霞 , 等 . 小尺度孔的流量系数试验 [J]. 航空动力学报 , 2010 , 25 （ 11 ）: 87 ⁃ 93 .

ZHANG Xiaowei , ZHU Huiren , ZHANG Xian , et al . Experiment of discharge coefficients for small scale cylindrical holes [J]. Journal of Aerospace Power , 2010 , 25 （ 11 ）: 87 ⁃ 93 . （in Chinese）

陈涛 . 涡轮叶尖间隙主动控制典型构件流动与换热特性研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2012 .

CHEN Tiao . Research on flow and heat transfer characteristics in typical structure of turbine tip active clearance control system [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2012 . （in Chinese）

高文君，刘振侠，朱鹏飞，等 . 航空发动机静止盘腔瞬态特性数值与实验研究 [J]. 推进技术 , 2019 , 40 （ 3 ）: 496 ⁃ 503 .

GAO Wenjun , LIU Zhenxia , ZHU Pengfei , et al . Numerical and experimental investigation of transient response of static disc cavity in aero⁃engine [J]. Journal of Propulsion Technology , 2019 , 40 （ 3 ）: 496 ⁃ 503 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于三维接触摩擦单元的套齿连接解析建模研究

组合式弹性金属密封泄漏特性实验研究与结构优化

基于自适应MOMEDA滚动轴承故障特征提取方法

与发动机匹配的旁路式双喉道气动矢量喷管数值模拟研究

考虑多源不确定性的复合材料风扇叶片高周疲劳失效概率评估