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1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaFeb．252017Vol38No2SSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：Hhkxbbuaa．educnhkxb@buaaeduca表面凸起對機翼熱氣防冰腔內(nèi)換熱強化的影響郭之強1，鄭梅1，董威1’*，朱劍鏊21．上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，上海2002402．中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責(zé)任公司，上海201108摘要：采用數(shù)值模擬對比研究了光滑表面和具有表面凸起結(jié)構(gòu)熱氣防冰腔內(nèi)湍流流動的換熱特性。機翼防冰腔內(nèi)笛形管具有三排射流孔，射流孔角
2、度有0?！?5。組合以及0?！?0。組合。為了強化射流沖擊光滑表面的流動換熱，在防冰腔內(nèi)表面正對射流孔的射流沖擊區(qū)，設(shè)計了表面凸起結(jié)構(gòu)，用來強化射流對壁面的沖擊換熱效果并起到引流作用。通過改變射流孔射流角度研究了射流角度對傳熱特性的影響。計算結(jié)果表明：與光滑防冰腔內(nèi)表面射流沖擊換熱相比，表面凸起結(jié)構(gòu)可以將均勻發(fā)散的壁面射流集中為高速壁面射流，提高壁面射流區(qū)的對流換熱系數(shù)，從而增強射流沖擊換熱效果，機翼前緣的強化換熱效果尤為明顯。關(guān)鍵詞：熱氣防冰；沖擊射流；表面凸起；強化換熱；數(shù)值模擬中圖分類號：V211．3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：i00
3、0—6893(2017)02—52070910熱氣防冰腔系統(tǒng)作為一種有效的機翼防冰手段，一直廣泛應(yīng)用在航空飛行器上。熱氣系統(tǒng)在工作時從航空發(fā)動機中抽取部分熱氣對部件表面進(jìn)行加熱以達(dá)到防冰的目的，防冰腔引氣量的大小會直接影響航空發(fā)動機的熱效率，所以開展防冰腔內(nèi)強化換熱研究以減少熱氣引氣量是十分必要的。國外很早就開展了笛形管和射流沖擊彎曲表面的實驗研究口‘2]，當(dāng)時的工作主要集中在狹縫和單孔射流以及射流沖擊平板換熱的研究上；隨后，在射流沖擊平板換熱的基礎(chǔ)上，開始著手研究射流沖擊彎曲表面和平板之間的區(qū)別口。4]。Hrycak[3。41的試驗結(jié)
4、果表明：當(dāng)雷諾數(shù)為12000～88000，射流沖擊小彎曲率的彎曲表面時，滯止點處對流換熱系數(shù)彎曲表面要高于平板，且總的對流換熱系數(shù)也高于平板；對于高彎曲率的彎曲表面，在流體沖擊換熱時存在流體的卷吸現(xiàn)象邸。8]。為了增強射流表面的對流換熱效果，提高射流換熱效率，研究人員從提高射流壁面流動的摻混力度增強流動的湍流特性人手，針對多孔射流沖擊表面做了深入研究凹。1“，研究參數(shù)主要包括：射流孔的射流角度、射流孔問距、射流孔距前緣的距離以及射流表面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速等。相對于試驗而言數(shù)值計算成本相對較低，可較為詳細(xì)地展示防冰腔內(nèi)部流體的流動狀態(tài)，因此越來越多
5、的學(xué)者開始致力于這方面的研究，主要分為兩部分：一是沖擊彎曲表面換熱的數(shù)值計算方法；二是通過數(shù)值模擬優(yōu)化笛形管防冰腔系統(tǒng)。Mujumdar等口2。15]通過數(shù)值計算的方法研究湍流模型對射流沖擊表面對流換熱系數(shù)預(yù)測準(zhǔn)確度的影響，并且在原有的湍流模型上加以改進(jìn)?？偟膩碚f二方程的湍流模型只能部分模擬出射流收稿日期：2016—08—26；退修日期：2016—10—10；錄用日期：2016—11—16；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016—11—3015：18網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929．V．201611301518
6、002htmI基金項目：國家“973”計劃(201508755800)；國家自然科學(xué)基金(11572195，11272212)*通訊作者．E-mail：wdong@sjtueduca}
7、角撂武：郭之強，鄭梅，董威．等．表面凸起對機翼熱氣肪冰腔由換熱強化的影響!JI，航空學(xué)報．2017。38(2)：520709．GUOZQ，ZHENGM，DONGW，etalInfluenceofsurfaceconvexORheattransferenhancementofwinghotairanti-icingsystem[JJActaAeronaut
8、icaetAstronauticaS{nica，2017．38(2)：520709。520709．1航空學(xué)報沖擊彎曲表面的流動特性，湍流模型的使用還有待改善。通過對射流沖擊換熱湍流模型的研究，研究人員基本鎖定了改進(jìn)的磚e湍流模型和剪切應(yīng)力輸運(SST)肛叫湍流模型作為數(shù)值計算采用的湍流模型，用數(shù)值計算的方法研究在不同幾何和不同流體參數(shù)狀態(tài)下，射流流體的傳熱傳質(zhì)特性。Kumar等口61數(shù)值研究了射流孔雷諾數(shù)、射流孔距壁面距離及孔間距等對射流表面對流換熱系數(shù)和壁面壓力分布的影響。其結(jié)果表明：在增加出口雷諾數(shù)、減小射流孔到壁面距離和減小孔間距
9、的情況下，壁面對流換熱系數(shù)隨之增加；Sharif和Mothe[173數(shù)值模擬研究了出口雷諾數(shù)對表面對流換熱系數(shù)的影響，并且通過耦合數(shù)值數(shù)據(jù)得到了關(guān)于平均表面對流換熱系數(shù)的經(jīng)驗公式。Mattos和Olivei
