RNG k-ε模型下的旋转射流冲击凸台换热特性数值模拟

本文主要探讨了"旋转射流冲击凸台换热特性的数值模拟"这一主题，发表于2012年的《中国计量学院学报》第23卷第1期。作者张志强、周静伟和洪飞飞对中国计量学院计量测试工程学院，位于浙江杭州的研究团队进行了深入研究。他们采用了重整化(RNG)的k-ε模型，这是一种在计算流体动力学(CFD)中广泛使用的湍流模型，用于模拟半封闭板内带有旋流的射流冲击凸台时的传热和流动特性。 研究的核心内容围绕着旋流强度（通过旋转数R表示）、流动的雷诺数（Re）以及冲击高度（以H/D的比例来衡量）对换热性能和流场特性的影响。研究发现，随着雷诺数的增加，旋流能够削弱驻点处的冲击效应，导致驻点处的努塞尔数(Nu数，衡量传热效率的一个重要参数)下降。具体来说，在Re=25,000时，当旋转数在0<R<1.5范围内，旋流对凸台表面外沿、侧壁和平板的换热有明显的强化效果。然而，当旋流强度达到R=1.5时，过度的旋流反而会减弱整体换热。 在较低的雷诺数Re=5000时，只有当旋转数R=0.5时，带旋流的射流才会对凸台上表面的平均换热有微弱的强化作用，而对于凸台侧壁和平板的换热，旋流却表现出一定的强化效应。这些结果对于理解射流冷却系统的设计优化、热管理以及工业设备中的类似传热过程具有重要的指导意义，尤其是在航空航天、能源转换和化工等领域，旋流控制是提高热交换效率的关键因素之一。 该研究不仅提供了数值模拟方法在实际工程问题中的应用实例，还揭示了旋流对复杂流场中传热行为的调控作用，为相关领域的工程师们提供了一种定量分析工具，以改进设备设计和优化操作条件。