冲击射流流动换热超大涡模拟研究

作     者：宛鹏翔 范俊 韩省思 毛军逵 WAN Peng-xiang;FAN Jun;HAN Xing-si;MAO Jun-kui

作者机构：南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 陆军航空兵学院陆军航空兵研究所北京101121 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2020年第41卷第10期

页      面：2237-2247页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(51606095,91841302) 江苏省自然科学基金(BK20160794)。 

主　　题：航空发动机 超大涡模拟 冲击射流 对流传热 涡轮冷却 

摘      要：为了准确预测发动机热端部件中广泛采用的冲击射流冷却复杂的流动和换热特性,发展了基于BSL k-ω模型的超大涡模拟(VLES)高精度模拟方法,并对高雷诺数Re=4×104,两种不同射流距离2和6的单孔冲击射流及三孔冲击射流这一经典的流动传热问题进行三维非稳态高精度数值计算。同时,将分离涡方法(DDES)和k-ωSST,RNG,Transition SST三种RANS方法的数值模拟和开发的超大涡模拟(VLES)方法进行对比。研究表明,VLES方法均能够准确捕捉冲击射流流场的复杂非稳态流动及传热特征,包括自由射流区、壁面射流区小尺度涡系和大尺度湍流结构的演化和破碎,同时冲击壁面的换热系数计算结果与实验值吻合较好。DDES方法未能准确捕捉流场复杂的小尺度湍流结构,壁面换热计算结果与实验值差异较大。RANS方法计算的换热结果与实验数据差异最大,基本未能预测到壁面换热特性。在相同的计算网格和计算方法下,VLES方法计算结果优于DDES方法,DDES方法一般好于RANS方法。这表明新开发的VLES方法能够准确地计算冲击射流相关的流动及换热问题。