射流冲击传热技术因其局部传热系数高而广泛应用于各行各业。基于非定常射流冲击拥有更好的强化换热潜力,本文的研究目的在于揭示非定常射流强化传热的影响因素,从机理上分析传热强化的原因,以解释文献中关于非定常射流若干矛盾的结论,并对非定常射流强化传热的应用提出相应的设计建议。相对于实验研究,数值模拟成本较低,周期短,更重要的是可以捕获流场的细节。本文采用数值模拟的方法对非定常射流冲击换热进行研究,对湍流模型的适用性进行评估,揭示时均速度、速度幅值、频率、震荡波形等一系列因素对于非定常射流传热强化的影响,具体研究内容如下:(1)从稳态射流着手,采用多种湍流模型对文献中实验结果进行数值模拟,将模拟结果与实验进行对比,分析了速度参量对传热的影响机制。结果表明,与TransitionSST模型相比,RNGk-ε模型的结果表现出更强的湍流粘性,使得其中心线上速度衰减较快,该效果可能导致低估靶面上的冲击换热效果;而在冲击滞止区域,RNG k-ε湍流模型结果表现出过高的湍动能,该效果可能导致高估靶面上的冲击换热效果;因此,射流雷诺数的大小直接影响靶面传热是流体惯性力主导亦或湍流粘性主导。Transition SST模型在射流出口速度、中心线速度及湍流度分布、滞止区域传热等方面的表现均优于RNG k-ε模型。(2)对周期性正弦波形的非定常射流采用非定常雷诺时均方法(URANS)进行模拟,结果表明,TransitionSST模型能较好地模拟非定常射流发展过程中雷诺平均速度的振幅放大效应(时间步长和非定常项格式精度对时均量的计算几乎没有影响,而对射流速度振幅的计算有明显影响)。对于周期性冲击射流靶面换热,TransitionSST模型在滞止区域附近表现较好,而RNGk-ε模型在滞止区下游与实验吻合较好。振幅放大效应并没有引起冲击靶面的时均换热强化,而只是使靶面热流波动更剧烈。数值实验结果还表明,增大射流振幅可能导致滞止点传热削弱,而强化滞止点下游区域的传热。(3)对间歇性脉冲(方波)射流主要采用之前表现最优的TransitionSST模型进行模拟,发现相比稳态射流,方波自由射流中心线上的速度时均值衰减较慢,这也吻合了稳态射流湍流度率先开始大幅增长的表现。对于方波冲击Re2800 h/d=6工况,滞止区域传热稳态强于40Hz强于5Hz,与实验一致。从流场分析,原因在于三者时均速度差别很小,而湍流度则稳态大于40Hz,大于5Hz。对于h/d=10工况,冲击到靶面的时均速度40Hz大于5Hz,大于稳态,因此导致了非定常射流冲击传热强化。通过对自由射流流场的分析,可有效指导工程实际中靶面位置的设置以实现换热的增强或削弱。