半封闭圆管冲击射流流动特性PIV试验研究

陈 明，黄海津，王多银，吕森鹏，陈沿吉

(1.重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074；2.重庆交通大学 国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074)

长期以来冲击射流被广泛应用于诸多工程领域[1-2]，实际上冲击射流不仅包含自由冲击射流，还常常遇到限域空间中的冲击射流，如船闸明沟消能结构、燃气机涡轮冷却[3]、电子封装[4]等。该类射流的限域空间主要由喷嘴出口处封闭板与冲击板所形成，通常被称为半封闭冲击射流。如图1所示，半封闭冲击射流的流场结构由四个具有明显流动特征的区域组成：流体从孔口喷出形成自由射流，势流核周围自由剪切层卷吸环境流体，射流沿程扩展；当射流接近冲击板时，轴向速度快速衰减，径向速度增大，主流转向；主流贴着冲击板流出，并向轴向扩展，形成壁面射流；壁面射流与封闭板相互作用形成回流。由于封闭板的存在，局部能量传递和耗散特性将受到影响，而所涉的能量传递和耗散特性又与流场特性密切相关。因此，研究半封闭冲击射流流动特性具有重要意义。

图1 半封闭冲击射流示意图

现有对半封闭冲击射流的研究多侧重于其传热特性[5]，对流动特性的关注还相对较少。根据喷嘴的类型，半封闭冲击射流主要包含半封闭孔板冲击射流和半封闭圆管冲击射流。其中，孔板射流因受出口收缩效应的影响，相较圆管射流将产生更薄的剪切层，从而增强方位角不稳定性[6]，进而导致半封闭孔板冲击射流与半封闭圆管冲击射流流动特性的差异。……