第4期 柳翠翠等：狭缝射流冲击柱状凸形表面流动换热特性 ·449· 数进行量纲为一化，以Nu表示，可获得一致的 4 结论 NuS/B分布，如图8所示.由图可知，驻点及至S/B 约为2的区域，D/B越小，Nu越大，但D/B越小，Nu (I)RNGk-e和Realizablek-e模型数值计算 在驻点区域减小越快，最终至边界层分离前，Nu在 结果与实验测量值吻合程度最好，说明RNGk一ε和 不同的D/B下具有相近的值. Realizablek-e模型预测狭缝射流冲击柱状凸形表 60p 面具有适应性 D/B=34.0 50f D/B=17.0 (2)狭缝射流冲击至柱状凸形表面，气体沿表 D/B=11.3 40 D/B=8.5 面运动，速度降低，并在流动下游发生边界层分离。 (3)量纲一的逆压梯度对边界层分离位置具有 三30 重要影响，量纲一的曲率半径(D/B)越小，量纲一的 20 逆压梯度越大，边界层分离越早 (4)驻点区域换热Nu随量纲一的曲率半径 % 10 (D/B)的减小而获得增强，但流动进入下游后，D/B SIB 对换热基本无影响 图8局部Nu在不同D/B下的分布(Re=11000) (5)压力梯度是影响狭缝射流冲击柱状凸形表 Fig.8 Local Nu distribution under different D/B values (Re =11 面换热分布的重要因素 000) Nu随D/B的不同而呈现的换热特性差异，其 参考文献 原因主要在于壁面的压力梯度差异.图9为四种 [Thomann H.Effect of streamwise wall curvature on heat transfer in D/B情况下量纲一的压力梯度dC。/d(S/B)随量纲 a turbulent boundary layer.J Fluid Mech,1968,33 (2):283 2] 一的距离S/B的分布，在不同的狭缝宽度和被冲击 Mayle R E,Blair M F,Kopper FC.Turbulent boundary layer heat transfer on curved surfaces.J Heat Transfer,1979,101(3): 凸形表面直径下均获得相同的量纲一的压力梯度分 521 布.由图可知：驻点区域，D/B越小，量纲一的压力 B] Gau C,Chung C M.Surface curvature effect on slot-airjet im- 梯度越大，使得驻点区域的换热Nu得到强化；随着 pingement cooling flow and heat transfer process.Heat Transfer, 流动向下游发展，量纲一的压力梯度绝对值逐渐减 1991,113(4):858 [4] Gori F,Petracci I,Tedesco V.Cooling of two smooth cylinders in 小，直至为零，空气流动在壁面反向摩擦力和射流边 row by a slot jet of air with low turbulence.Appl Therm Eng, 界处的卷吸作用下，速度降低，换热能力下降 2007,27(14/15):2415 0.5 ] Gori F,Bossi L.Optimal slot height in the jet cooling of a circular cylinder.Appl Therm Eng,2003,23(7):859 [6]Gori F,Bossi L.On the cooling effect of an air jet along the sur- face of a cylinder.Int Commun Heat Mass Transfer,2000,27 (5):667 7]MeDaniel CS,Webb B W.Slot jet impingement heat transfer from -0.5 D/B=34.0 circular eylinders.Int J Heat Mass Transfer,2000,43(11):1975 -----D/B-17.0 [8]Chan T L,Leung C W,Jambunathan K,et al.Heat Transfer ---/B=11.3 D/B=8.5 characteristics of a slot jet impinging on a semierular convex sur -1.0 face.Int J Heat Mass Transfer,2002,45 (5):993 9]Olsson EE M,Ahme L M,Tragardh A C.Flow and heat transfer from multiple slot air jets impinging on circular cylinders.I Food -1.5 2 Eng,2005,67(3):273 S/R [10]Olsson EE M,Ahme L M,Tragardh A C.Heat transfer from a 图9量纲一的压力梯度 slot air jet impinging on a circular cylinder.J Food Eng,2004, Fig.9 Dimensionless pressure gradient 63(4):393第 4 期 柳翠翠等: 狭缝射流冲击柱状凸形表面流动换热特性 数进 行 量 纲 为 一 化，以 Nu 表 示，可 获 得 一 致 的 Nu-S /B分布，如图 8 所示． 由图可知，驻点及至 S /B 约为 2 的区域，D/B 越小，Nu 越大，但 D/B 越小，Nu 在驻点区域减小越快，最终至边界层分离前，Nu 在 不同的 D/B 下具有相近的值． 图 8 局部 Nu 在不同 D/B 下的分布( Re = 11 000) Fig． 8 Local Nu distribution under different D/B values ( Re = 11 000) Nu 随 D/B 的不同而呈现的换热特性差异，其 原因主要在于壁面的压力梯度差异． 图 9 为四种 D/B 情况下量纲一的压力梯度 dC0 /d( S /B) 随量纲 一的距离 S /B 的分布，在不同的狭缝宽度和被冲击 凸形表面直径下均获得相同的量纲一的压力梯度分 布． 由图可知: 驻点区域，D/B 越小，量纲一的压力 梯度越大，使得驻点区域的换热 Nu 得到强化; 随着 流动向下游发展，量纲一的压力梯度绝对值逐渐减 小，直至为零，空气流动在壁面反向摩擦力和射流边 界处的卷吸作用下，速度降低，换热能力下降． 图 9 量纲一的压力梯度 Fig． 9 Dimensionless pressure gradient 4 结论 ( 1) RNG k--ε 和 Realizable k--ε 模型数值计算 结果与实验测量值吻合程度最好，说明 RNG k--ε 和 Realizable k--ε 模型预测狭缝射流冲击柱状凸形表 面具有适应性． ( 2) 狭缝射流冲击至柱状凸形表面，气体沿表 面运动，速度降低，并在流动下游发生边界层分离． ( 3) 量纲一的逆压梯度对边界层分离位置具有 重要影响，量纲一的曲率半径( D/B) 越小，量纲一的 逆压梯度越大，边界层分离越早． ( 4) 驻点区域换热 Nu 随量纲一的曲率半径 ( D/B) 的减小而获得增强，但流动进入下游后，D/B 对换热基本无影响． ( 5) 压力梯度是影响狭缝射流冲击柱状凸形表 面换热分布的重要因素． 参 考 文 献 ［1］ Thomann H． Effect of streamwise wall curvature on heat transfer in a turbulent boundary layer． J Fluid Mech，1968，33( 2) : 283 ［2］ Mayle R E，Blair M F，Kopper F C． Turbulent boundary layer heat transfer on curved surfaces． J Heat Transfer，1979，101( 3) : 521 ［3］ Gau C，Chung C M． Surface curvature effect on slot-air-jet im￾pingement cooling flow and heat transfer process． J Heat Transfer， 1991，113( 4) : 858 ［4］ Gori F，Petracci I，Tedesco V． Cooling of two smooth cylinders in row by a slot jet of air with low turbulence． Appl Therm Eng， 2007，27( 14 /15) : 2415 ［5］ Gori F，Bossi L． Optimal slot height in the jet cooling of a circular cylinder． Appl Therm Eng，2003，23( 7) : 859 ［6］ Gori F，Bossi L． On the cooling effect of an air jet along the sur￾face of a cylinder． Int Commun Heat Mass Transfer，2000，27 ( 5) : 667 ［7］ McDaniel C S，Webb B W． Slot jet impingement heat transfer from circular cylinders． Int J Heat Mass Transfer，2000，43( 11) : 1975 ［8］ Chan T L，Leung C W，Jambunathan K，et al． Heat Transfer characteristics of a slot jet impinging on a semi-circular convex sur￾face． Int J Heat Mass Transfer，2002，45( 5) : 993 ［9］ Olsson E E M，Ahrné L M，Trgrdh A C． Flow and heat transfer from multiple slot air jets impinging on circular cylinders． J Food Eng，2005，67( 3) : 273 ［10］ Olsson E E M，Ahrné L M，Trgrdh A C． Heat transfer from a slot air jet impinging on a circular cylinder． J Food Eng，2004， 63( 4) : 393 ·449·