一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统，应用射流冲击技术,在冲击靶板上布设圆弧形曲面凸台阵列，在射流板上设有用于流体形成多股射流的射流孔；圆弧形曲面凸台位于射流孔中心下方，通过圆弧形曲面凸台的曲面将来自于射流孔的冲击射流进行均匀分散，并平缓的改变射流的流动方向。冲击冷却系统改善了冲击靶板上气流的流动情况，减小温度梯度，使传热分布更加均匀，减小热应力集中,提高该系统整体的传热能力；通过使冷却气流平缓的改变流向，减小了滞止区动量损失和压力损失，使得冷却气流可以覆盖更大的面积。冲击冷却系统还可应用于纺织品、木材的干燥，金属材料的冷却或加热，航空发动机涡轮叶片的冷却技术领域。

An impact cooling system with circular curved surface convex platform

The invention discloses a shock cooling system with arc surface convex, application of jet impingement technology, the impact on the target plate layout of circular arc surface convex array, the jet plate is provided with a jet hole for fluid to form multiple jets; arc surface convex located below the jet hole center, curved surface the boss in the future through the arc jet from the jet holes are uniformly dispersed, and change the flow direction of the jet. The impact of the cooling system to improve the flow of air impact on the target plate, the temperature gradient decreases, the heat distribution is more uniform, reducing the thermal stress concentration, improve the heat transfer ability of the whole system; through the cooling air gently change the flow, reduce the stagnation zone momentum loss and pressure loss, the cooling air can cover more large area. The impact cooling system can also be applied to the drying of textiles and wood, the cooling or heating of metal materials, and the cooling technology of aero engine turbine blades.

【技术实现步骤摘要】
一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统
本专利技术涉及一种冲击冷却系统，具体地说，涉及一种带有圆弧形曲面凸台传热分布均匀的高性能冲击冷却系统。技术背景随着电子器件不断向着高集成度、微型化、高功耗的方向发展，其热流密度迅速提高，电子设备过热或热缺陷是电子产品失效的主要原因之一，所以冷却问题成为制约发展的一个瓶颈。冲击射流作为一种独特的流动方式，具有比常规流动强的多的换热能力，是解决高密度电子器件散热问题的颇具潜力的方案。先进高效的冲击冷却技术是现代高性能燃气轮机/航空发动机高温部件如涡轮叶片、燃烧室等冷却必须采用的关键技术，以保证燃气机高温部件高效率、高可靠性地工作，并具有足够的生命周期。冲击冷却自身所具有特点使其非常适合冷却热负荷强度大、空间区域受限的冷却，如涡轮叶片的前缘、燃烧室壁面等冷却。冲击冷却过程中流体直接冲击需要冷却的表面，流程短，并且在滞止点附近形成很薄的边界层，因而具有非常高的传热效率。随着民用航空对发动机高效率的要求和军用发动机对性能、推力的要求的不断提高，发动机燃烧室和涡轮前燃气温度不断在上升，需要发展更加先进、具有更高效传热能力并且使传热分布更趋均匀的冲击冷却技术。高效的冲击冷却系统可以提高高温部件的工作寿命，减小冷却空气的消耗，从而提高发动机的工作效率、降低维护费用。冲击冷却系统一般由多孔射流板，冲击靶板，以及由多孔射流板和冲击靶板之间形成的冷却流道所组成。气流经过多孔射流板形成多股射流，该射流冲击到靶板表面，形成冲击冷却。如图1所示。但是，从现有的冲击冷却系统的使用情况来看，仍然具有一定的局限性：(1)还需要进一步提高壁面总体传热系数，以提高现有的冲击系统的传热能力，从而能够适应不断增加的高冷却负荷的需求；(2)现有的冲击冷却系统中，冲击壁面上的射流冲击区域内的传热系数很高；但是在靶板的射流滞止点区由于射流速度瞬间减小为0且射流方向发生了90度的偏转，因而造成了极大的动量损失和压力损失；(3)冲击区内的压力梯度和速度梯度大容易造成被冷却区域形成较大的温度梯度、引起热应力导致热疲劳，对冲击壁面的结构强度造成了极大的影响，在燃气轮机和航空发动机的涡轮叶片上尤为突出。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，本专利技术提出一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括射流板、冲击靶板、射流孔、冷却流道、圆弧形曲面凸台，在射流板与冲击靶板之间形成冷却流道，所述射流板上设有使流体形成射流的射流孔，所述冲击靶板上设置有圆弧形曲面凸台阵列，圆弧形曲面凸台位于射流孔中心下方的冲击靶板上；所述圆弧形曲面凸台为带有圆弧母线的圆锥体结构，圆弧形曲面凸台高度Hc为0.2～4Dj，圆弧形曲面凸台底部半径Rc为0.5～5Dj，圆弧形曲面凸台的圆弧母线半径Rh为0.3～16Dj；所述射流孔直径Dj为0.5～8mm；射流板与冲击靶板之间间距H为1～8Dj。所述射流孔为多个,射流孔在射流板上成阵列布设，射流孔中心下方对应有圆弧形曲面凸台，两个射流孔之间间距Wc为20～25Dj。所述冲击靶板上布设的圆弧形曲面凸台为相互独立结构。有益效果本专利技术提出的一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统，应用射流冲击技术,在冲击靶板上布设圆弧形曲面凸台阵列，在射流板上设有用于流体形成多股射流的射流孔，圆弧形曲面凸台位于射流孔中心下方，通过圆弧形曲面凸台的曲形面将来自于射流孔的冲击射流进行均匀分散，并平缓的改变射流的流动方向。冲击冷却系统改善靶板上气流的流动情况，减小温度梯度，使传热分布更加均匀，减小热应力集中,提高冲击冷却系统整体的传热能力；通过使冷却气流平缓的改变流向，减小了滞止区动量损失和压力损失，使得冷却气流可以覆盖更大的面积。冲击冷却系统还可广泛应用于纺织品、纸张、木材的干燥，钢铁的冷却或加热，飞机机翼的除冰，航空发动机涡轮叶片的冷却工程领域。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统作进一步详细说明。图1为现有技术的冲击冷却系统示意图。图2为本专利技术带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统示意图。图3为常规圆锥体与圆弧形曲面凸台对比示意图。图4为本专利技术实施例1中的冲击冷却系统示意图。图5为本专利技术实施例1中的冲击系统靶板示意图。图6为本专利技术冲击冷却系统与相应的平板表面冲击冷却系统Nu数对比图。图7为本专利技术实施例2中的冲击冷却系统示意图。图8为本专利技术实施例2中的冲击系统靶板示意图。图中1.射流板2.冲击射流3.射流孔4.冷却流道5.横流6.壁面射流7.圆弧形曲面凸台8.冲击靶板9.圆锥体Dj.射流孔直径H.射流板与冲击靶板之间间距Hc.圆弧形曲面凸台高度Rc.圆弧形曲面凸台底部半径Rh.圆弧形曲面凸台的圆弧母线半径Wc.射流孔之间间距具体实施方式本实施例是一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统。参阅图2、图3，本实施例带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统，由射流板1、冲击靶板8、射流孔3、冷却流道4、圆弧形曲面凸台7组成；在射流板1与冲击靶板8之间形成冷却流道4，射流板1上加工有使流体形成射流的射流孔3；冲击靶板8上设置有圆弧形曲面凸台7阵列，圆弧形曲面凸台7位于射流孔3正下方的冲击靶板8上。圆弧形曲面凸台7为带有圆弧线的圆锥体结构，圆弧形曲面凸台的高度Hc范围为0.2～4Dj，圆弧形曲面凸台底部半径Rc的取值范围为0.5～5Dj，圆弧形曲面凸台的圆弧母线半径Rh范围为0.3～16Dj。射流孔3直径Dj为0.5～8mm；射流板1与冲击靶板8之间的距离H的范围为1～8Dj。本实施例中,射流孔3为多个,射流孔3在冲击靶板8上为阵列分布设置,射流孔3中心下方对应有圆弧形曲面凸台7，两个射流孔的间距Wc为20～25Dj。冲击靶板8上设置的圆弧形曲面凸台为相互独立结构。冷却射流2通过射流孔3垂直射向冲击靶板8，射流经过圆弧形曲面凸台7的顶部形成分流，冷却流经过圆弧形曲面凸台7的圆弧曲面过渡后方向改变，从垂直于冲击靶板8的方向变为平行于冲击靶板8的方向，平行于冲击靶板8的射流流动成为横流5流动。实施例1本实施例为一种单孔射流冲击冷却系统，如图4、图5所示，该冲击冷却系统包括单孔射流板1和冲击靶板8，单孔射流板1和冲击靶板8之间形成冷却流道4，单孔射流板1具有使流体形成单股射流的射流孔3，流体通过单孔射流板1上的射流孔3形成单股射流冲击到冲击靶板8的壁面形成壁面射流，并沿着流动方向形成横流。箭头5表示横流的流动方向，箭头6表示壁面射流的流动方向。本实施例中，单个射流孔3在射流板1上为单个布置，冲击靶板8上设置有一个圆弧形曲面凸台7，该圆弧形曲面凸台7位于射流孔3的正下方冲击射流2在冲击靶板8的投影处。射流孔3的直径Dj为5mm，单孔射流孔板1与冲击靶板8的间距H为20mm，圆弧形曲面凸台底部半径Rc为15mm，圆弧形曲面凸台的母线半径Rh为15mm；圆弧形曲面凸台高Hc为6mm。本实例中的圆弧形曲面凸台通过精锻压、铣加工、冲压或焊接成形于冲击靶板8的壁面上。本实例冲击冷却系统在冲击靶板8上设置圆弧形曲面凸台，通过圆弧形曲面凸台侧面的曲形面将来自于射流孔3的冲击射流进行均匀的分散，并平缓的改变射流的流动方向，避免射流直接冲击冲击靶板8壁面形成滞止区；同时减弱了速度方向的剧烈改变形成严重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统，其特征在于:包括射流板、冲击靶板、射流孔、冷却流道、圆弧形曲面凸台，在射流板与冲击靶板之间形成冷却流道，所述射流板上设有使流体形成射流的射流孔，所述冲击靶板上设置有圆弧形曲面凸台阵列，圆弧形曲面凸台位于射流孔中心下方的冲击靶板上；所述圆弧形曲面凸台为带有圆弧母线的圆锥体结构，圆弧形曲面凸台高度Hc为0.2～4Dj，圆弧形曲面凸台底部半径Rc为0.5～5Dj，圆弧形曲面凸台的圆弧母线半径Rh为0.3～16Dj；所述射流孔直径Dj为0.5～8mm；射流板与冲击靶板之间间距H为1～8Dj。

【技术特征摘要】
1.一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统，其特征在于:包括射流板、冲击靶板、射流孔、冷却流道、圆弧形曲面凸台，在射流板与冲击靶板之间形成冷却流道，所述射流板上设有使流体形成射流的射流孔，所述冲击靶板上设置有圆弧形曲面凸台阵列，圆弧形曲面凸台位于射流孔中心下方的冲击靶板上；所述圆弧形曲面凸台为带有圆弧母线的圆锥体结构，圆弧形曲面凸台高度Hc为0.2～4Dj，圆弧形曲面凸台底部半径Rc为0.5～5Dj，圆弧形曲面凸台的圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：许卫疆，李鹏刚，张博伦，朱惠人，李伟生，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61