狭缝引射气膜冷却下的PIV实验和数值模拟

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气膜冷却是现代燃机排放技术中比较重要的方面,而产生气膜的结构也存在多种形式,随着现代光电和其它一些高科技产业的发展,狭缝引射结构越来越受到关注和重视,其对产生气膜冷却来说,具有很高的实际研究价值。由于现有对该结构的研究多是针对其整体性能方面,对单级狭缝结构的引射效果则研究较少。本文在对现有的三维引射装置的基础上,简化其结构,专门针对狭缝端口形状和狭缝宽度对引射效果的影响,特设计三种不同端口(直角,斜45°角,圆角),每种端口设计三种狭缝宽度的模型(10,15,20mm),利用PIV实验,拍摄其引射壁面上的流动特性,从而得出最佳引射结构,且运用FLUENT计算软件对其进行数值计算,从理论角度对所获得的结果进行验证。主要工作有:由狭缝引射的具体结构及引射原理,搭建一个风洞实验台,为引射实验提供稳定的主流速度,对风洞进行稳定性分析和校核,运用PIV粒子测速仪对九种不同狭缝结构的实验试件进行流体实验,运用图像遮盖,滤波,互相关分析,POD,DMD速度分解等对结果进行处理分析,得出最佳引射效果的狭缝结构为圆形端口,狭缝宽度为20mm的结构。利用流体计算软件FLUENT进行数值计算,以实验试件的模型为标准,设计计算模型,每组模型设定不同的来流速度,模拟引射流动,给出了引射流壁面流场的结构和特征。通过对引射比,静压场,Y方向的速度分量场等结果的分析,尽管在具体数值上存在着一定的偏差,但是就最佳引射结构而言,也同样得出了与实验结果相吻合的狭缝结构。
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