合成雙射流沖擊平板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與模態(tài)分解分析

鄧 雄,劉 強(qiáng),王秋旺,羅振兵,程 盼

(1. 西安交通大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院, 陜西 西安 710049; 2. 國(guó)防科技大學(xué) 空天科學(xué)學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

射流沖擊冷卻是流體在一定壓差下通過噴孔高速噴出沖擊換熱表面進(jìn)行冷卻,其具有較高的局部換熱效率,在內(nèi)燃機(jī)冷卻、金屬熱處理、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片冷卻以及電子器件冷卻等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[1-2]。合成射流無須流體供應(yīng)裝置和管路輸送系統(tǒng),通過流場(chǎng)環(huán)境本身中的流體來“合成”周期性的非定常射流,是一種零質(zhì)量射流技術(shù)[3]。合成射流的本質(zhì)是一系列非定常渦結(jié)構(gòu)的形成、傳播和相互作用。渦結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈的卷吸作用和湍流度使得合成射流沖擊熱表面時(shí),加速了熱邊界層不斷破壞和重建,能有效強(qiáng)化換熱[4-5],與傳統(tǒng)連續(xù)射流沖擊冷卻相比,相同雷諾數(shù)條件下,其散熱量是連續(xù)射流的3倍多[6]。因此,合成射流在強(qiáng)化換熱領(lǐng)域[7-8],尤其是受限空間電子器件散熱方面,具有較好的應(yīng)用前景。美國(guó)通用電氣公司2012年在拉斯維加斯國(guó)際照明展中展示了采用合成射流與翅片組合冷卻技術(shù)的Energy Smart?LED燈泡,被認(rèn)為是解決LED器件散熱問題的重大機(jī)遇[9]。

合成雙射流技術(shù)是一種性能更優(yōu)的合成射流技術(shù),其核心作動(dòng)器結(jié)構(gòu)是兩個(gè)射流出口、兩個(gè)腔體和一個(gè)振動(dòng)膜,振動(dòng)膜在往復(fù)振動(dòng)過程中不斷地壓縮和膨脹兩側(cè)腔體內(nèi)的流體,在兩個(gè)出口的剪切作用下交替形成兩股相位差為180°的合成射流,兩股射流逐漸向下游傳播最終融合成一股合成雙射流[10-12]。……