An Experimental and Numerical Investigation on the Effects of Aerothermal Mixing in a Confined Oblique Jet Impingement Configuration
An Experimental and Numerical Investigation on the Effects of Aerothermal Mixing in a Confined Oblique Jet Impingement Configuration
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有限斜射流冲击结构中空气热混合效应的实验和数值研究
DOI：
10.1115/1.4032022
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发表时间：
2016
影响因子：
1.7
通讯作者：
J. von Wolfersdorf
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Schulz;A. Schindler;J. von Wolfersdorf
研究了受限射流冲击装置中卷吸效应的特征。所研究的配置显示了冲击冷却的涡轮机叶片通道，并容纳两排交错的倾斜冲击射流。为了明显地促进热卷吸现象，分别加热射流。稳态液晶技术被用来获得绝热条件下的冲击表面的近壁流体温度分布。此外，流场测量进行了粒子图像测速（PIV）。此外，可压缩雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模拟进行与ansys cfx使用Menter的剪切应力传输（SST）湍流模型伴随的实验。有效性、速度和紊流动能的分布详细说明了空气动力学情况的复杂性。该研究是针对10，000至45，000的射流雷诺数范围进行的。实验和数值计算结果基本一致。然而，模拟预测的流动特征在特定区域的几何形状，是不突出的实验。这些影响局部的有效性分布。研究表明，该效率与热、冷射流之间的温差以及射流雷诺数无关。
An investigation to characterize the effect of entrainment in a confined jet impingement arrangement is presented. The investigated configuration shows an impingement-cooled turbine blade passage and holds two staggered rows of inclined impingement jets. In order to distinctly promote thermal entrainment phenomena, the jets were heated separately. A steady-state liquid crystal technique was used to obtain near-wall fluid temperature distributions for the impingement surfaces under adiabatic conditions. Additionally, flow field measurements were undertaken using particle image velocimetry (PIV). Furthermore, compressible Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) simulations carried out withansys cfxusing Menter's shear stress transport (SST) turbulence model accompany the experiments. Distributions of effectiveness, velocity, and turbulent kinetic energy detail the complexity of the aerothermal situation. The study was conducted for a jet Reynolds number range from 10,000 to 45,000. The experimental and numerical results are generally in good agreement. Nevertheless, the simulations predict flow features in particular regions of the geometry that are not as prominent in the experiments. These affect the effectiveness distributions, locally. The investigations reveal that the effectiveness is independent of the temperature difference between the heated and cold jet as well as the jet Reynolds number.
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