Experimental and Numerical Simulation of Heat Transfer in an Impact Synthetic Jet

V. V. Lemanov; Леманов В. В.; M. A. Pakhomov; Пахомов М. А.; V. I. Terekhov; Терехов В. И.

doi:10.31857/S0040364423020126

Экспериментальное и численное моделирование теплопереноса в импактной синтетической струе

Авторы: Леманов В.В.¹, Пахомов М.А.¹, Терехов В.И.¹
Учреждения:
1. Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Выпуск: Том 61, № 2 (2023)
Страницы: 226-233
Раздел: Тепломассообмен и физическая газодинамика
URL: https://journal-vniispk.ru/0040-3644/article/view/138701
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423020126
ID: 138701

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проведено экспериментальное и численное исследование локального теплообмена в импактной синтетической струе на плоской пластине при вариации числа Рейнольдса и частоты импульсов. Изучены тепловые характеристики в точке торможения на поверхности преграды: мгновенные и пульсационные значения плотности теплового потока и спектр пульсаций теплового потока. В работе проведены измерения и численные расчеты локального коэффициента теплообмена при вариации расстояния до пластины, амплитуды и частоты пульсаций синтетической струи. Для локальных значений теплоотдачи выявлены зоны с максимальными мгновенными значениями теплового потока и коэффициента теплоотдачи. Максимальное значение осредненного по времени числа Нуссельта наблюдается в точке торможения синтетической импактной струи для всех исследованных расстояний до поверхности преграды. Качественно подобное распределение числа Нуссельта по радиальной координате соответствует таковым для нестационарных и стационарных импактных струй. Наибольшее значение осредненного теплового потока в точке торможения получено при H/d = 4, а наименьшее ‒ при H/d = 1.

Список литературы

Юдаев Б.Н., Михайлов М.С., Савин В.К. Теплообмен при взаимодействии струй с преградами. М.: Машиностроение, 1977. 248 с.
Дыбан Е.П., Мазур А.И. Конвективный теплообмен при струйном обтекании тел. Киев: Наукова думка, 1982. 303 с.
Martin K. Heat and Mass Transfer between Impinging Gas Jets and Solid Surfaces // Adv. Heat Transfer. 1977. V. 13. P. 1.
Jambunathan K., Lai E., Moss M.A., Button B.L. A Review of Heat Transfer Data for Single Circular Jet Impingement // Int. J. Heat Fluid Flow. 1992. V. 13. P. 106.
Zuckerman N., Lior N. Jet Impingement Heat Transfer: Physics, Correlations, and Numerical Modeling // Adv. Heat Transfer. 2006. V. 39. P. 565.
Carlomagno G.M., Ianiro A. Thermo-fluid-dynamics of Submerged Jets Impinging at Short Nozzle-to-plate Distance: A Review // Exp. Thermal Fluid Sci. 2014. V. 58. P. 15.
Zumbrunnen D.A., Aziz M. Convective Heat Transfer Enhancement Due to Intermittency in an Impinging Jet // ASME J. Heat Transfer. 1993. V. 115. P. 91.
Пахомов М.А., Терехов В.И. Влияние частоты импульсов на теплообмен в точке торможения импактной турбулентной струи // ТВТ. 2013. Т. 51. № 2. С. 287.
Пахомов М.А., Терехов В.И. Влияние формы импульсов на теплообмен в нестационарной импактной воздушной струе // ТВТ. 2021. Т. 59. № 3. С. 394.
Pavlova A., Amitay M. Electronic Cooling Using Synthetic Jet Impingement // ASME J. Heat Transf. 2006. V. 128. P. 897.
Silva-Llanca L., d’Alencon J.P., Ortega A. Vortex Dynamics-driven Heat Transfer and Flow Regime Assessment in a Turbulent Impinging Synthetic Jet // Int. J. Thermal Sci. 2017. V. 121. P. 278.
Krishan G., Aw K.C., Sharma R.N. Synthetic Jet Impingement Heat Transfer Enhancement – A Review // Appl. Thermal Eng. 2019. V. 149. P. 1305.
Glezer A., Amitay M. Synthetic Jets // Annu. Rev. Fluid Mech. 2002. V. 34. P. 503.
Mohseni K., Mittal R. Synthetic Jets: Fundamentals and Applications. Boca Raton: Taylor & Francis, 2015.
Бендерский Л.А., Любимов Д.А., Терехова А.А. Исследование RANS/ILES-методом эффективности применения синтетических струй для управления течением в S-образном воздухозаборнике, интегрированном с планером самолета // ТВТ. 2020. Т. 58. № 2. С. 287.
Valiorgue P., Persoons T., McGuinn A., Murray D.B. Heat Transfer Mechanisms in an Impinging Synthetic Jet for a Small Jet-to-surface Spacing // Exp. Therm. Fluid Sci. 2009. V. 33. P. 597.
Persoons T., McGuinn A., Murray D.B. A General Correlation for The Stagnation Point Nusselt Number of an Axisymmetric Impinging Synthetic Jet // Int. J. Heat Mass Transfer. 2011. V. 54. P. 3900.
Trávníček Z., Vít T. Impingement Heat/Mass Transfer to Hybrid Synthetic Jets and Other Reversible Pulsating Jets // Int. J. Heat Mass Transfer. 2015. V. 85. P. 473.
Bazdidi-Tehrani F., Karami M., Jahromi M. Unsteady Flow and Heat Transfer Analysis of an Impinging Synthetic Jet // Heat Mass Transfer. 2011. V. 47. P. 1363.
Zhang D., Yang K., Qu H.C., Gao J. Numerical Investigation of Heat Transfer Performance of Synthetic Jet Impingement onto Dimpled/Protrusioned Surface // Therm. Sci. 2015. V. 19. P. S221.
Hatami M., Bazdidi-Tehrani F., Abouata A., Mohammadi-Ahmar A. Investigation of Geometry and Dimensionless Parameters Effects on the Flow Field and Heat Transfer of Impingement Synthetic Jets // Int. J. Therm. Sci. 2018. V. 127. P. 41.
Menter F.R. Two-equation Eddy-viscosity Turbulence Models for Engineering Applications // AIAA J. 1994. V. 32. P. 1598.
Parneix S., Durbin P.A., Behnia M. Computation of 3-D Turbulent Boundary Layers Using the V2−F Model // Flow, Turbulence Combust. 1998. V. 60. P. 19.
Mityakov A.V., Sapozhnikov S.Z., Mityakov V.Y., Snarskii A.A., Zhenirovsky M.I., Pyrhonen J.J. Gradient Heat Flux Sensors for High Temperature Environments // Sens. Actuators A. 2012. V. 176. P. 1.
Pakhomov M.A., Terekhov V.I. Numerical Study of Fluid Flow and Heat Transfer Characteristics in an Intermittent Turbulent Impinging Round Jet // Int. J. Thermal Sci. 2015. V. 87. P. 85.
Craft T.J., Launder B.E. New Wall-reflection Model Applied to the Turbulent Impinging Jet // AIAA J. 1992. V. 30. P. 2970.
Timoshenko S., Woinowsky-Krieger S. Theory of Plates and Shells. N.Y.: McGraw-Hill, 1959. 575 p.
Lemanov V.V., Pakhomov M.A., Terekhov V.I., Travnicek Z. Non-Stationary Flow and Heat Transfer in a Synthetic Confined Jet Impingement // Int. J. Thermal Sci. 2022. V. 179. 107607.
Liu T., Sullivan J.P. Heat Transfer and Flow Structure in an Excited Circular Impinging Jet // Int. J. Heat Mass Transfer. 1996. V. 39. P. 3695.
Silva L.A., Ortega A. Convective Heat Transfer in an Impinging Synthetic Jet: A Numerical Investigation of a Canonical Geometry // ASME J. Heat Transfer. 2013. V. 135. 082201.
Alekseenko S.V., Markovich D.M., Semenov V.I. Effect of External Disturbances on the Impinging Jet Structure // Proc. 3rd Int. Conf. on Exp. Heat Transfer, Fluid Mech. and Theromodyn / Eds. Giot M., Mayinger F., Celata G. Brussles, Belguim, June 22–26, 1997. Edizioni ETS. P. 1815.
Wei R., Tao Q., Ni W. Bifurcation and Chaos of Direct Radiation Loudspeaker // Chin. Phys. Lett. 1986. V. 3. P. 469.
Zhang Y., Li P., Xie Y. Numerical Investigation of Heat Transfer Characteristics of Impinging Synthetic Jets with Different Waveforms // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 125. P. 1017.
Gil P., Wilk J., Smusz R., Galek R. Centerline Heat Transfer Coefficient Distributions of Synthetic Jets Impingement Cooling // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 160. 120147.