冲击射流及其强化换热的研究进展

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第8期·2334·化工进展纳米流体冲击射流换热特性实验孙斌，曲艺，杨迪（东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林 132012）摘要：以纳米流体为工质对冲击射流冷却系统的综合性能进行实验，主要研究了添加纳米颗粒的纳米流体与水在不同流速、不同射流高度等条件下冲击射流的传热效率，同时也对不同种类的纳米流体的换热效率进行了对比。

结果表明：对于添加了纳米颗粒的冲击射流冷却系统，传热效率得到显著提高，但当质量分数达到0.5%时，传热系数变化不明显。

对于不同种类的纳米流体：Cu-水、Al2O3-水和Al-水纳米流体，其中Cu-水的换热效率最高，存在一个特定的射流高度，使传热系数达到最大值。

研究结果对设计制造轻型紧凑的高效换热器有实用的工程价值。

关键词：纳米粒子；多相流；传热；冲击射流中图分类号：TK 121 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）08–2334–08DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.05Experimental study on heat transfer characteristics of nanofluidsimpacted jetSUN Bin，QU Yi，YANG Di（Energy and Power Engineering Institute，Northeast Dianli University，Jilin 132012，Jilin，China）Abstract：In this paper，comprehensive performance of impinging jet cooling system heat exchanger was experimentally studied using nanofluids. The heat transfer efficiencies were compared for nanofluids of different flow rates，jet height and types . The results revealed that heat transfer efficiency significantly increased with the introduction of nanofluids in jet，but，when the mass percentage of nanofluids exceeded of 0.5%，the heat transfer coefficient did not change significantly. For different types of nanofluids：Cu- water，Al2O3-water，Al-water nanofluids，the highest heat transfer efficiency was observed for Cu- water. In addition，there was a particular jet height，where the maximum heat transfer coefficient could be reached. The results would be practically valuable in designing and manufacturing light and efficient heat exchanger.Key words：nanoparticles；multiphase flow；heat transfer；impinging jet换热设备是在航天、电子、化工、原子能、动力等众多领域中广泛使用的一种通用设备，其主要作用是实现物料之间的热量传递[1]。

冲击射流流动换热超大涡模拟研究简介冲击射流流动换热是工程领域中一个重要的研究课题，涉及流体力学、热传导等多个学科领域。

本文将通过超大涡模拟方法，对冲击射流流动换热进行深入的研究和探讨。

超大涡模拟介绍超大涡模拟是一种数值模拟方法，用于模拟湍流中的大尺度涡结构。

它采用了细网格模拟和粗网格模拟相结合的方法，能够在较少的计算资源下模拟湍流的运动规律。

在冲击射流流动换热研究中，采用超大涡模拟方法可以更准确地模拟和预测流动特性，为优化传热效果提供指导。

冲击射流流动换热问题冲击射流流动换热是指在流体中产生冲击波的情况下进行传热过程。

这种流动换热方式广泛应用于喷雾冷却、火箭发动机喷气冷却等领域。

冲击射流通过冲击波与周围流体产生瞬间高温和高压区域，从而实现快速传热。

研究冲击射流流动换热问题可以为相关工程设计和优化提供理论和实验基础。

冲击射流流动换热机理冲击射流流动换热机理包括冲击波形成、冲击波与周围流体相互作用以及热传导等过程。

当射流冲击波形成后，会在射流和周围流体之间形成较大的温度梯度，导致热传导现象发生。

传热过程中的湍流效应也对换热效率起到重要的作用。

传统模拟方法的局限性传统的数值模拟方法在模拟冲击射流流动换热时存在一定的局限性。

由于冲击射流中存在大范围的湍流结构，传统模拟方法需要非常细小的网格才能准确模拟湍流动态，导致计算量巨大，计算成本高。

而采用超大涡模拟方法可以在粗网格条件下，保留大尺度湍流结构的信息，大大降低了计算成本。

超大涡模拟在冲击射流流动换热中的应用超大涡模拟在冲击射流流动换热中的应用主要体现在以下几个方面：湍流结构的模拟采用超大涡模拟方法可以准确模拟冲击射流中的湍流结构。

通过选择合适的数值算法和参数设置，能够捕捉到射流中的大尺度涡结构，提高模拟结果的准确性。

热传导过程的模拟超大涡模拟不仅可以模拟湍流结构，还可以模拟热传导过程。

通过在模拟中考虑流体的热传导特性，可以更真实地模拟冲击射流中的传热过程，为工程应用提供准确的传热效果预测。