[发明专利]一种强化冲击传热装置

说明书

本发明为一种强化冲击传热装置，包括射流板面、射流孔、靶面。在靶面和射流板面相对的平面上设有凹槽；射流板面上开有射流孔，且射流孔为通孔；射流孔的轴线和凹槽的轴线相互不重合。基于射流通过凹坑下游壁面的加速能够激发涡旋，而强有力的涡旋可以加快对流换热带走壁面热量速率的原理，本发明改变了原有射流的冲击方式，设计了一种射流从侧面冲击凹坑的新型冲击装置。经过多种工况下的数值模拟计算和验证，侧面冲击凹坑在冲击雷诺数Re较大、使用浅凹坑和较大的冲击间距下，能够产生比现有冲击方式更强的换热效果。

技术领域

本发明属于一种通过冲击实现强化对流换热的装置，涉及到航空发动机和电子器件等高温部件的降温冷却。

背景技术

射流冲击传热是强迫对流传热方式中传热效率最高的方式之一。现已普遍应用的冲击换热技术，其靶面为平面，如图1、2、3所示。从射流孔喷出的冷气，冲击到需要冷却的靶面上，由于剧烈的冲击作用，冲击点附近的流动边界层很薄，因此具有很高的局部换热强度。射流冲击平板冷却目前已得到广泛应用，比如航空发动机中受热严重的涡轮叶片前缘。

除此之外，目前国内外在研的强化换热技术中，还有射流冲击凹坑冷却技术，如图4所示。通过在靶面上按一定的排列规则加工出一定深度的凹坑，来实现壁面上对流换热的增强。凹坑形状一般采用球面，采用机械加工或铸造的方式加工形成。凹坑的作用是激发涡旋，强有力的涡旋能够加快对流换热带走壁面热量的速率，起到有效冷却的目的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提高航空发动机工作效率的一个有效方式是提高涡轮进口温度，然而随着对航空发动机涡轮进口温度的提高，现有的材料已不足以支撑长时间的高温，需要更强大的强化换热技术。目前已广泛使用的射流冲击平板换热方式以及射流正面冲击凹坑的方式仍有改进空间。故发明提出侧面冲击凹坑的新型装置，射流冲击凹坑一侧时，能够产生比原有方法更强的换热效果。

本发明的技术方案是：一种强化冲击传热装置，包括射流板面2、射流孔1、靶面3，在靶面3和射流板面2相对的平面上设有凹槽4；射流板面2上开有射流孔1，且射流孔1为通孔；射流孔1的轴线和凹槽4的轴线相互不重合。

本发明进一步的技术方案是：所述凹槽4为半球形。

本发明进一步的技术方案是：当H/D_j≥4时，换热效果最好。

发明效果

本发明的技术效果在于：通过改变射流的冲击位置，产生了比现有的冲击冷却装置更强的换热效果。侧面冲击凹坑在冲击雷诺数Re较大、使用浅凹坑和较大的冲击间距下，经过数值模拟计算和验证，能够发挥更大的冷却优势，例如在Re＝11500，d/D_d＝0.15，H/D_j＝4，相比于正面冲击，侧面冲击提升了14％的换热效果。

附图说明

图1为现有技术涡轮叶片前缘冲击冷却示意图

图2为现有技术冲击平板冷却示意图

图3为现有技术射流冲击平板剖视图

图4为现有技术射流正面冲击凹坑剖视图

图5为本发明结构示意图

图6为本发明参数示意图

图7为Nu_ave随射流板间距变化关系图(Re＝11500，d/D_d＝0.15)

图8为多孔冲击下Nu_ave随射流板间距变化关系图(Re＝11500，d/D_d＝0.15)

附图标记说明：1—射流孔；2—射流板面；3—靶面；4—凹槽。

具体实施方式