雪花型层板冷却结构数值模拟分析

"本文主要研究了雪花型层板结构的冷却特性和内部流动特性，采用数值模拟方法进行分析。文章由全栋梁、李江海和刘松龄于2004年发表在《热科学与技术》期刊，是国家973基金和西北工业大学博士论文创新基金资助的项目。研究设计了不同孔间距比的雪花型层板冷却结构，通过有限体积法求解三维可压缩的Navier-Stokes（N-S）方程，利用非结构化网格、Realizable k-ε湍流模型和SIMPLE算法进行数值模拟。" 文章详细介绍了研究方法，首先设计了两种不同的雪花型层板结构，它们具有不同的孔间距比例，以此来探究这些因素对冷却效果的影响。在计算过程中，采用了非结构化网格以适应复杂几何形状的边界，同时应用了Realizable k-ε湍流模型来更准确地模拟流动中的湍流行为。近壁处的湍流处理采用了壁面函数法，这是一种简化处理近壁区湍流的方法，可以减少计算复杂性。SIMPLE算法则用于解决速度和压力的耦合问题，这是求解流体动力学问题的关键步骤。 通过数值模拟，研究人员得到了层板内部气流参数的三维分布，包括速度、压力、温度等关键参数。结果显示，层板内部的流场结构非常复杂，射流在扰流柱前形成反卷的驻涡，这种雪花状的扰流柱阵列有效地分散和引导了气流，使得气流在冷却通道内的分布更加均匀，从而提升了层板的换热性能。这表明，该结构设计对于提高冷却效率和改善冷却均匀性具有重要意义。 文章进一步讨论了层板的流动阻力特性，这对于理解冷却系统的能耗和优化设计至关重要。此外，扰流柱的存在不仅改善了冷却效果，还有助于控制层板的冷却气流分布，从而可能减少冷却所需的总气流量。 这项研究为航空发动机的多孔层板冷却技术提供了理论支持和优化设计的参考依据，对于提升涡轮叶片的冷却效率和耐高温能力具有深远的实践意义。虽然国内外对此领域的研究尚处于发展阶段，但这一工作为后续的研究奠定了基础，并对相关领域的工程应用提供了有价值的指导。