振动管内壁面横向射流的数值模拟.doc

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1、振动管内壁面横向射流的数值模拟王宏光朱志文（上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093）Tel:13045611764，E-mail:WHG2005@USST.EDU.CN摘要采用动网格技术和两方程湍流模型，通过求解二维非定常不可压雷诺时均Navier-Stokes方程，对局部壁面振动的管内射流流场进行数值模拟，分析局部壁面振动的振幅和频率对流动的影响。结果表明：射流孔下游壁面静压随振幅、频率的增加而增加。射流孔的平均流量随振幅的增加而减小，随频率的增加而增加；流量波动随振幅、频率的增加而增加，高振动频率对主流的影响更加明显。研究结果为进一步研究振动表面小孔射流特征和振动叶片

2、的气模冷却提供参考。关键词管内流动；射流；壁面振动；气膜冷却Thenumericalsimulationofjetflowonvibrationwallin2DtubeWANGHong-guang,ZHUZhi-wen(SchoolofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,shanghai200093)Abstract:Thejetflowonvibrationwallin2Dtubeissimulatedbasedonsolvingthetwo-dimensionalunstea

3、dyRANSequationwithmovinggridandtwoequationturbulencemodel.Theamplitudeandfrequencyofwallvibrationactontheflowarediscussed.Theresuitsshowthatthestaticpressureonthewallofthejetholedownstreamincreaseswiththeincreaseoftheamplitudeandfrequency.Theaverageflowrateofthejetflowdecreaseswiththeincreaseo

4、ftheamplitude,butincreaseswiththeincreaseofthefrequency,andtheflowratefluctuationincreaseswiththeincreaseoftheamplitudeandthefrequency,andthehighfrequencyhasmoreobviouseffectsonthemainstream.Theresultsprovidereferencesforfurtherstudyofthecharacteristicsofjetonthevibrationwallandthefilmcoolingo

5、nthevibrationblades.Keywords：Flowintube;Jetflow;Vibrationwall;Filmcooling0前言随着燃气轮机燃气温度的提高，涡轮叶片冷却技术研究受到更多重视[1,2]。工作中的涡轮动叶片由于高速旋转并受到静叶尾迹、转子不平衡等因素的激励，处在小幅高频的振动状态[3]。振动作为强化传热的手段之一，在传热学领域得到较多应用[4]。振动强化传热分为两类：第一类为传热面振动；第二类为流体振动（脉动）[5]。在涡轮动叶片冷却问题研究中，对属于第二类振动强化传热对叶片冷却效果影响的研究较多[6]，例如分析静叶栅尾迹形成的不稳定尾流、来流湍

6、流度等流动不稳定因素对动叶片传热和气膜冷却效果的影响；在叶片内部冷却通道设置扰流肋片或扰流柱，对流体进行扰动，以实现强化传热等都属于此类。但到目前为止，对第一类振动强化换热问题，即涡轮动叶片振动与叶片冷却效果之间关系问题研究还没有见到相应的研究文献。文献[7]采用CFD方法研究了局部振动控制翼型的升力问题，表明一定条件下局部振动能够改变翼型的气动特性，起到增升减阻的作用。文献[8]对管道壁面局部微振动诱导边界层内大涡结构及演化过程进行了详细研究，证明壁面局部微振动可以诱导形成边界层大涡结构。这些研究说明翼型或管道的小幅振动，会使其表面流体的流动特性发生变化，这就启发我们：涡轮动叶片

7、振动能够引起的动叶片表面流动状态变化，并对叶片表面的气膜冷却和叶片内部对流冷却性能产生影响。本文将振动叶片气膜冷却孔附近流动问题，简化为壁面局部振动的二维管内横向射流模型，采用CFD方法，分析振动壁面对横向射流流动的影响因素。1计算模型计算模型见图1，流动区域的长高比为5:1，振动区域FG位于BD的中心，长度为1；射流孔位于FG的中心，宽度为0.1，射流管长为0.3。射流孔随振动区域FG振动。图1简化模型图图2射流出口静止时网格以水为工质，进口边界AB采用速度入口，给