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Dependence of submerged jet heat transfer on nozzle length
International Journal of Heat and Mass Transfer ( IF 5.2 ) Pub Date : 2018-06-01 , DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.064
Barak Kashi , Herman D. Haustein

Abstract In this work the influence of nozzle length in submerged jet impingement heat transfer was studied by validated direct numerical simulations, in the laminar flow regime. With the purpose of examining the entire range of nozzle lengths and 500 ⩽ Re ⩽ 2000 , other effects were reduced by setting a low nozzle-to-heater spacing (H/D = 3) and ideal, undisturbed inlet conditions. While developing pipe-flow is well-known, this parametric study characterized in detail short and intermediate nozzle flow regimes, affected by a separation bubble at the sharp-edged inlet. It is found that the maximal (centerline) jet velocity first decreases with increasing effective nozzle length, Z = L/(D ⋅ Re), to a minimum at Z ∗ ≈ 0.0015 , beyond which it increases as in developing pipe-flow. For Z Z ∗ two physical regimes are found: while the plane of the vena-contracta is outside the nozzle ( L / D ⩽ 0.6 ) the maximal centerline velocity occurs there, rather than at the nozzle exit-plane; whereas in the intermediate range, 0.6 ⩽ L / D and Z ⩽ 0.0015 , the centerline velocity scales with the effective nozzle length, Z, and a predictive correlation could be developed for it. As a clear linear dependence of heat transfer on centerline velocity was observed, this predictive correlation could easily be converted into a new stagnation point heat transfer correlation, found to give good agreement over the entire range of nozzle lengths. This correlation provides a practical design tool, especially applicable to micro-jet cooling where constraints correspond with the new model’s validity range.

中文翻译:

浸没射流传热对喷嘴长度的依赖性

摘要 在这项工作中,在层流状态下,通过经过验证的直接数值模拟,研究了喷嘴长度对浸没射流冲击传热的影响。为了检查整个喷嘴长度范围和 500 ⩽ Re ⩽ 2000 ,通过设置低喷嘴到加热器间距 (H/D = 3) 和理想的、不受干扰的入口条件来减少其他影响。虽然开发管流是众所周知的,但这项参数研究详细描述了受锐边入口处的分离气泡影响的短和中间喷嘴流动状态。发现最大(中心线)射流速度首先随着有效喷嘴长度 Z = L/(D ⋅ Re) 的增加而降低,在 Z ∗ ≈ 0.0015 处达到最小值,超过该速度随着管流的发展而增加。对于 ZZ ∗ 有两种物理状态:当静脉收缩平面在喷嘴外面 (L / D ⩽ 0.6 ) 时,最大中心线速度出现在那里,而不是在喷嘴出口平面处;而在中间范围 0.6 ⩽ L / D 和 Z ⩽ 0.0015 中,中心线速度与有效喷嘴长度 Z 成比例,并且可以为其开发预测相关性。由于观察到传热对中心线速度的明显线性相关性,这种预测相关性可以很容易地转换为新的驻点传热相关性,发现在整个喷嘴长度范围内都具有良好的一致性。这种相关性提供了一种实用的设计工具,特别适用于约束与新模型有效范围相对应的微射流冷却。6) 最大中心线速度出现在那里,而不是在喷嘴出口平面处;而在中间范围 0.6 ⩽ L / D 和 Z ⩽ 0.0015 中,中心线速度与有效喷嘴长度 Z 成比例,并且可以为其开发预测相关性。由于观察到传热对中心线速度的明显线性相关性,这种预测相关性可以很容易地转换为新的驻点传热相关性,发现在整个喷嘴长度范围内都具有良好的一致性。这种相关性提供了一种实用的设计工具,特别适用于约束与新模型有效范围相对应的微射流冷却。6) 最大中心线速度出现在那里,而不是在喷嘴出口平面处;而在中间范围 0.6 ⩽ L / D 和 Z ⩽ 0.0015 中,中心线速度与有效喷嘴长度 Z 成比例,并且可以为其开发预测相关性。由于观察到传热对中心线速度的明显线性相关性,这种预测相关性可以很容易地转换为新的驻点传热相关性,发现在整个喷嘴长度范围内都具有良好的一致性。这种相关性提供了一种实用的设计工具,特别适用于约束与新模型有效范围相对应的微射流冷却。中心线速度与有效喷嘴长度 Z 成比例,并且可以为其开发预测相关性。由于观察到传热对中心线速度的明显线性相关性,这种预测相关性可以很容易地转换为新的驻点传热相关性,发现在整个喷嘴长度范围内都具有良好的一致性。这种相关性提供了一种实用的设计工具,特别适用于约束与新模型有效范围相对应的微射流冷却。中心线速度与有效喷嘴长度 Z 成比例,并且可以为其开发预测相关性。由于观察到传热对中心线速度的明显线性相关性,这种预测相关性可以很容易地转换为新的驻点传热相关性,发现在整个喷嘴长度范围内都具有良好的一致性。这种相关性提供了一种实用的设计工具,特别适用于约束与新模型有效范围相对应的微射流冷却。发现在整个喷嘴长度范围内都具有良好的一致性。这种相关性提供了一种实用的设计工具,特别适用于约束与新模型有效范围相对应的微射流冷却。发现在整个喷嘴长度范围内都具有良好的一致性。这种相关性提供了一种实用的设计工具,特别适用于约束与新模型有效范围相对应的微射流冷却。
更新日期:2018-06-01
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