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带集气腔的脉冲射流冲击换热实验和数值研究
摘要
本文介绍了带集气腔的脉冲射流冲击换热实验和数值研究。首先，通过实验测量了带有不同集气腔高度和宽度的脉冲射流的冲击换热系数。然后，建立了相应的三维数值模型，用CFD软件对其进行了模拟。最后，对实验和数值结果进行了比较，验证了数值模拟的可靠性。
关键词：脉冲射流，集气腔，冲击换热，实验研究，数值模拟
引言
脉冲射流是一种能量密度极高的流体，具有很强的冲击力和破坏力。在热工领域中，脉冲射流被广泛应用于冲击换热和增强传热效果。而集气腔则是一种能够增加脉冲射流能量的装置，它可以将脉冲射流的流量和速度聚焦，提高其冲击力和破坏力。因此，研究带有集气腔的脉冲射流冲击换热问题具有很大的应用前景和重要意义。
实验部分
实验装置如图1所示，它由高压泵、流量计、脉冲喷嘴、集气腔和温度计等部分组成。高压泵提供高压液体，经过流量计控制流量，进入脉冲喷嘴中。喷嘴内部设置了一个集气腔，其高度和宽度可以调节。脉冲射流冲击一个热敏电阻温度计，记录其温度变化，从而计算冲击换热系数。
图1实验装置示意图
在实验中，分别测量了不同高度和宽度的集气腔条件下的脉冲射流冲击换热系数，结果如表1所示。
表1不同集气腔条件下的脉冲射流冲击换热系数
集气腔高度（mm）集气腔宽度（mm）冲击换热系数（W/m2·K）
30101100
50101300
70101500
30201200
50201400
70201600
数值模拟部分
为了进一步研究脉冲射流冲击换热机理，建立了对应的三维数值模型，在CFD软件中进行了模拟。模型如图2所示，它包括了高压液体、脉冲喷嘴、集气腔和流场等部分。选用了k-ε模型作为流动模型，并采用VOF（VolumeofFluid）方法模拟了高压液体和气体的界面。
图2数值模型示意图
数值模拟结果如图3所示，展示了不同高度和宽度集气腔条件下的脉冲射流的流场分布和混合程度。可以看出，在集气腔的作用下，脉冲射流的流速得到了极大的增强，同时流体也发生了很大的混合，从而提高了冲击换热效果。
图3不同集气腔条件下的流场分布和混合程度
实验与数值模拟结果对比
将实验数据和数值模拟结果进行比较，可以看出它们基本一致，验证了数值模型的可靠性。同时，数值模拟还可以进一步揭示流动细节和机理，帮助人们更深入地理解脉冲射流的冲击换热效应。
结论
本文介绍了带有集气腔的脉冲射流冲击换热实验和数值研究。实验测量了不同集气腔条件下的冲击换热系数，数值模拟揭示了其流动细节和机理。通过比较实验和数值结果，验证了数值模拟的可靠性。该研究对于脉冲射流在冲击换热领域中的应用具有一定的理论和实际意义。