一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法技术

本发明专利技术涉及一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法，该方法基于射流测速实验装置，所述射流测速实验装置包括支架、风机、PIV系统和玻璃板，包括以下步骤：S1、物理模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和工况参数的设定，采用计算流体动力学(CFD)求解器来研究雷诺数(Re)范围为3462

【技术实现步骤摘要】
一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法


[0001]本专利技术涉及一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法。

技术介绍

[0002]对需急冷的大尺寸靶板，如平板玻璃、发动机叶片等，在实际生产过程中，需要风机消耗较多的电能以达到快速降温的功效，严重消耗着我国有限的能源资源。由此可见，解决冷却工艺中能耗大、换热效率低的问题迫在眉睫。本专利技术针对冷却工艺现有问题，提出了一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有冷却工艺只能够存在换热效率低及能源利用率低的问题，现提供了一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法，该方法基于射流测速实验装置，所述射流测速实验装置包括支架、风机、PIV系统和玻璃板；
[0005]所述支架上设置有可做上下运动的气仓，所述气仓和玻璃板上下相对设置，所述气仓经上下主进风管与风机连通，所述气仓的上端设置有具有气孔的气孔板，所述玻璃板和气孔板之间形成观察区，其中气孔至玻璃板为H，气孔的直径为D，所述观察区的左右两侧分别形成进料口和出料口；
[0006]所述PIV系统位于观察区外并用于对准观察区，实现对观察区的拍摄，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]S1、物理模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和工况参数的设定，采用计算流体动力学(CFD)求解器来研究雷诺数(Re)范围为3462
‑
6125和归一化的间距H/D为0.25时，计算流场内的背压分布，并得出气孔附近流场背压分布云图；
[0008]S2、物理模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和工况参数的设定，采用计算流体动力学(CFD)求解器来研究在雷诺数(Re)范围为3462
‑
6125和归一化的间距H/D为0.25
‑
1.25时，计算气孔出口的轴向速度分布和气孔附近玻璃板近壁面切向速度分布，得出数值模拟曲线；
[0009]S3、通过射流测速实验装置实验并采用粒子图像测速法(PIV)得出实验结果，并验证步骤S2；
[0010]S4、采用计算流体动力学(CFD)并在高温下对玻璃板淬冷仿真模拟得出仿真结果，并与步骤S3的实验结果相互验证。
[0011]优选地一些实施方式，其中步骤S1具体步骤如下：
[0012]S1.1、建立一个冲击射流的物理模型，下半部分是流体域，上半部分是以玻璃板为组成材料的固体域，空气通过气孔板的气孔垂直冲击玻璃板；
[0013]S1.2、计算域划分网格，对流体域及玻璃板区域进行网格细化；
[0014]S1.3、设置边界条件，包括空气以不同的质量流量喷射，入口温度设定298K，湍流强度设定5％，流体域内壁面是绝热的，没有滑移，流量出口指定为压力出口，流量出口的压力与环境压力一致，玻璃板的下表面指定为流固耦合边界条件，其余指定为对流换热系数边界条件；
[0015]S1.4、设置归一化的间距H/D为0.25，雷诺数(Re)分别取3462、5326和6125，计算流场内的背压，并得出气孔附近流场背压分布云图。
[0016]优选地一些实施方式，其中步骤S2具体步骤如下：
[0017]S2.1、建立一个冲击射流的物理模型，下半部分是流体域，上半部分是以玻璃板为组成材料的固体域，空气通过气孔板的气孔垂直冲击玻璃板；
[0018]S2.2、计算域划分网格，对流体域及玻璃板区域进行网格细化；
[0019]S2.3、设置边界条件，包括空气以不同的质量流量喷射，入口温度设定298K，湍流强度设定5％，流体域内壁面是绝热的，没有滑移，流量出口指定为压力出口，流量出口的压力与环境压力一致，玻璃板的下表面指定为流固耦合边界条件，其余指定为对流换热系数边界条件；
[0020]S2.4、设置归一化的间距H/D为0.25
‑
1.25，雷诺数(Re)分别取3462、5326和6125，计算气孔出口的轴向速度分布和气孔附近玻璃板近壁面切向速度分布，得出数值模拟曲线。
[0021]优选地一些实施方式，其中步骤S3中射流测速实验装置的实施步骤如下：
[0022]S3.1、调节归一化的间距H/D为0.25；
[0023]S3.2、调节气仓和玻璃板的相对位置并形成观察区；
[0024]S3.3、根据观察区范围调节PIV系统，确定PIV系统的PIV数字相机与PIV系统的激光片光的最佳拍摄位置，激光片光垂直气孔板并通过气孔出口圆心连线；
[0025]S3.4、打开风机，控制气体流量和示踪粒子浓度；
[0026]S3.5、待气流压强均匀、示踪粒子混合充分后，对归一化的间距H/D＝0.25的射流区域进行拍摄，计算获取流速数据；
[0027]S3.6、调节归一化的间距H/D分别为0.5、0.75、1和1.25，重复步骤S3.2
‑
S3.5；
[0028]S3.7、实验在雷诺数(Re)在3462
‑
6125工况下归一化的间距H/D在0.25
‑
1.25时的归一化切向速度的实验结果；
[0029]S3.8、根据实验结果，对于不同雷诺数(Re)下的射流，提取了不同归一化的间距H/D下的气孔出口的轴向速度和气孔附近玻璃板近壁面切向速度，并用入射流速V
m
归一化处理；
[0030]S3.9、提取不同雷诺数(Re)、不同归一化的间距H/D下的流体最大切向速度Umax，得到了流体归一化最大切向速度Umax/Vm与归一化的间距H/D的关系，并获得玻璃板近壁面的归一化最大切向速度曲线存在一个拐点归一化的间距H/D＝0.4，且它与雷诺数(Re)无关；
[0031]S3.10、提取不同雷诺数(Re)、不同归一化的间距H/D下气孔出口的归一化轴向速度V
e
/V
m
，将步骤S3中的实验数据曲线和步骤S2中的数值模拟曲线比较，并验证数值模拟模型的正确性。
[0032]优选地一些实施方式，其中步骤S4中高温下对玻璃板淬冷仿真模拟步骤如下：
[0033]S4.1、建立冲击射流的物理模型，下半部分是流体域，上半部分是以玻璃板为组成材料的固体域，空气通过气孔板的气孔垂直冲击玻璃板；
[0034]S4.2、计算域划分网格，对流体域及玻璃板区域进行网格细化；
[0035]S4.3、设置边界条件，包括空气以不同的质量流量喷射，入口温度设定298K，湍流强度设定5％，流体域内壁面是绝热的，没有滑移，流量出口指定为压力出口，流量出口的压力与环境压力一致，玻璃板的下表面指定为流固耦合边界条件，其余指定为对流换热系数边界条件；
[0036]S4.4、玻璃板初始温度设定953K，将归一化的间距H/D依次设置为0.25、0.5、0.75本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法，该方法基于射流测速实验装置，所述射流测速实验装置包括支架、风机、PIV系统和玻璃板；所述支架上设置有可做上下运动的气仓，所述气仓和玻璃板上下相对设置，所述气仓经上下主进风管与风机连通，所述气仓的上端设置有具有气孔的气孔板，所述玻璃板和气孔板之间形成观察区，其中气孔至玻璃板为H，气孔的直径为D，所述观察区的左右两侧分别形成进料口和出料口；所述PIV系统位于观察区外并用于对准观察区，实现对观察区的拍摄，其特征在于，包括以下步骤：S1、物理模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和工况参数的设定，采用计算流体动力学(CFD)求解器来研究雷诺数(Re)范围为3462
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6125和归一化的间距H/D为0.25时，计算流场内的背压分布，并得出气孔附近流场背压分布云图；S2、物理模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和工况参数的设定，采用计算流体动力学(CFD)求解器来研究在雷诺数(Re)范围为3462
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6125和归一化的间距H/D为0.25
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1.25时，计算气孔出口的轴向速度分布和气孔附近玻璃板近壁面切向速度分布，得出数值模拟曲线；S3、通过射流测速实验装置实验并采用粒子图像测速法(PIV)得出实验结果，并验证步骤S2，进一步验证背压效应；S4、采用计算流体动力学(CFD)并在高温下对玻璃板淬冷仿真模拟得出仿真结果，并与步骤S3的实验结果相互验证。2.根据权利要求1所述的一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法，其特征在于，其中步骤S1具体步骤如下：S1.1、建立一个冲击射流的物理模型，下半部分是流体域，上半部分是以玻璃板为组成材料的固体域，空气通过气孔板的气孔垂直冲击玻璃板；S1.2、计算域划分网格，对流体域及玻璃板区域进行网格细化；S1.3、设置边界条件，包括空气以不同的质量流量喷射，入口温度设定298K，湍流强度设定5％，流体域内壁面是绝热的，没有滑移，流量出口指定为压力出口，流量出口的压力与环境压力一致，玻璃板的下表面指定为流固耦合边界条件，其余指定为对流换热系数边界条件；S1.4、设置归一化的间距H/D为0.25，雷诺数(Re)分别取3462、5326和6125，计算流场内的背压，并得出气孔附近流场背压分布云图。3.根据权利要求1所述的一种利用背压效应节能减排的高效冲击射流换热方法，其特征在于，其中步骤S2具体步骤如下：S2.1、建立一个冲击射流的物理模型，下半部分是流体域，上半部分是以玻璃板为组成材料的固体域，空气通过气孔板的气孔垂直冲击玻璃板；S2.2、计算域划分网格，对流体域及玻璃板区域进行网格细化；S2.3、设置边界条件，包括空气以不同的质量流量喷射，入口温度设定298K，湍流强度设定5％，流体域内壁面是绝热的，没有滑移，流量出口指定为压力出口，流量出口的压力与环境压力一致，玻璃板的下表面指定为流固耦合边界条件，其余指定为对流换热系数边界条件；
S2.4、设置归一化的间距H/D为0.25
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱科钤，沈如意，丁建宁，程广贵，王伟，王振旭，王文建，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：