تحلیل عددی ساختار جریان و مکانیزم انتقال حرارت جت برخوردی چرخشی با تمرکز بر شکست گردابه

جت های برخوردی به دلیل نرخ انتقال حرارت بالا، راهکاری کارآمد برای خنک کاری موضعی در توربین های گاز و تجهیزات الکترونیکی محسوب می شوند. با این وجود، جت های دایروی متداول دچار مشکل عدم یکنواختی شدید دما در سطح هستند. هدف این پژوهش، بررسی عددی اثر افزودن چرخش به جت، هیدرودینامیک جریان و یکنواختی انتقال حرارت است. شبیه سازی ها به صورت سه بعدی و در عدد رینولدز ۲۳۰۰ با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده است. جهت مدل سازی دقیق آشفتگی و پیش بینی جریان های چرخشی، از مدل توربولانسی k-ω SST استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که اعمال مولفه سرعت مماسی، منجر به وقوع پدیده شکست گردابه و تشکیل ناحیه بازچرخش مرکزی در خروجی نازل می شود. این ساختار دینامیکی با جلوگیری از برخورد مستقیم سیال به نقطه سکون، پروفیل عدد نوسلت را از حالت زنگوله ای به شکل M تغییر می دهد. مقایسه کانتورهای سرعت و دما نشان می دهد که چرخش سیال با افزایش نرخ اختلاط و پهن شدگی جت، موجب توزیع یکنواخت تر شار حرارتی روی صفحه هدف می گردد. اعتبارسنجی نتایج عددی با داده های تجربی مرجع، تطابق قابل قبولی را در پیش بینی رفتار جریان نشان می دهد.

کلیدواژه ها:

جت برخوردی چرخشی ، انتقال حرارت جابجایی ، دینامیک سیالات محاسباتی ، عدد نوسلت ، شکست گردابه