一種高性能沖擊冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能沖擊冷卻系統(tǒng)，尤其涉及一種具有微小W形肋的沖擊冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明可用于燃?xì)廨啓C(jī)或航空發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫部件的高效冷卻，還可用于高功率電子器件等需要高效傳熱與冷卻的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]先進(jìn)高效的沖擊冷卻技術(shù)是高性能燃?xì)廨啓C(jī)/航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件(渦輪葉片、燃燒室等)冷卻必需采用的關(guān)鍵技術(shù)，以保證燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件高效率、高可靠性地工作，并具有足夠的生命周期。沖擊冷卻非常適合冷卻熱負(fù)荷強(qiáng)度大、空間受限區(qū)域的冷卻，如渦輪葉片前緣、燃燒室壁面等冷卻。沖擊冷卻過(guò)程中流體直接沖擊需要冷卻表面，流程很短，并且在駐點(diǎn)附近形成很薄的邊界層，因而具有非常高的傳熱效率。另一方面，現(xiàn)代高功率電子設(shè)備及高功耗設(shè)備的發(fā)展向高集成、小型化方向發(fā)展，也迫切需要發(fā)展高性能的沖擊冷卻技術(shù)。
[0003]隨著現(xiàn)代高性能燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟葏?shù)Oieoo0C )的進(jìn)一步提高，需要發(fā)展更加先進(jìn)、具有更高傳熱性能并且傳熱分布均勻的沖擊冷卻技術(shù)。更高性能的沖擊冷卻系統(tǒng)，可以提高高溫部件的工作壽命，并節(jié)約冷卻空氣量，提高燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體工作效率。
[0004]沖擊冷卻系統(tǒng)通常由多孔射流板10，沖擊靶板12，以及由多孔射流板和沖擊靶板形成的冷卻流道26組成。氣流經(jīng)過(guò)多孔射流板形成多股射流20，該射流沖擊到靶板表面，形成沖擊冷卻。如圖1所示。圖中箭頭28表示橫流的流動(dòng)方向。
[0005]然而，現(xiàn)有的沖擊冷卻系統(tǒng)具有如下局限性:(I)壁面總體傳熱系數(shù)還需進(jìn)一步提高以提升現(xiàn)有沖擊冷卻系統(tǒng)的傳熱能力，以適應(yīng)更高冷卻負(fù)荷的需求；(2)現(xiàn)有沖擊冷卻系統(tǒng)中，在沖擊壁面12(靶板)上的射流沖擊區(qū)域傳熱系數(shù)很高；但在壁面上的射流沖擊區(qū)域之間，尤其是斜對(duì)角相鄰的沖擊區(qū)域之間的區(qū)域，由于壁面流動(dòng)邊界層變厚并且流動(dòng)湍動(dòng)能量降低，因而這些區(qū)域換熱性能很差。這種冷卻表面?zhèn)鳠岱植嫉牟痪鶆蛐裕沟帽诿嫒菀仔纬蔁釕?yīng)力集中，并容易產(chǎn)生熱斑或冷斑，從而產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，影響發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件壽命。因此現(xiàn)有的冷卻性能需要進(jìn)一步改善，以提高燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的總體熱性會(huì)K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能提高現(xiàn)有沖擊冷卻系統(tǒng)整體傳熱能力，并且傳熱分布更均勻的高性能沖擊冷卻系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高性能沖擊冷卻系統(tǒng)，包括多孔射流板和沖擊靶板，所述多孔射流板和所述沖擊靶板之間形成冷卻流道，所述多孔射流板具有用于流體形成多股射流的射流孔，其中，所述沖擊靶板上設(shè)置有W形肋陣列，所述W形肋陣列包括多個(gè)W形肋片，所述W形肋片位于所述射流孔在所述沖擊靶板上形成的投影之外的區(qū)域中。
[0008]進(jìn)一步地，所述W形肋片包括多個(gè)“V”字形肋片。
[0009]進(jìn)一步地，所述W形肋片由多個(gè)所述“V”字形肋片沿所述沖擊靶板的壁面連接而成。
[0010]進(jìn)一步地，多個(gè)所述“V”字形肋片連成的所述W形肋片沿所述沖擊靶板的壁面延伸的方向垂直于所述射流形成的橫流的流動(dòng)方向。
[0011]進(jìn)一步地，所述“V”字形肋片中的“V”字形的夾角為30°?150°。
[0012]進(jìn)一步地，所述W形肋片的高度小于2mm。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施方案中，多個(gè)所述射流孔在所述沖擊靶板上的投影為陣列布置，每?jī)膳庞伤錾淞骺自谒鰶_擊靶板上形成的投影之間設(shè)置有至少一個(gè)所述W形肋片。
[0014]在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方案中，多個(gè)所述射流孔在所述沖擊靶板上的投影為陣列布置，每?jī)膳庞伤錾淞骺自谒鰶_擊靶板上形成的投影之間設(shè)置有多個(gè)所述W形肋片。進(jìn)一步地，所述多個(gè)W形肋片包括靠近所述投影并使所述投影位于“V”字形的開(kāi)口中的W形肋片。
[0015]對(duì)于一般的沖擊冷卻系統(tǒng)，流體通過(guò)多孔射流板上的射流孔形成多股射流沖擊到?jīng)_擊靶板的壁面形成壁面射流，并沿流動(dòng)方向形成橫流，本發(fā)明的沖擊冷卻系統(tǒng)在沖擊靶板上設(shè)置微小W形肋陣列，使微小W形肋片與壁面射流和橫流相互作用，產(chǎn)生下洗渦流，增強(qiáng)了 W形肋片的下游壁面的流動(dòng)湍動(dòng)能量，減薄壁面流動(dòng)邊界層，因此增強(qiáng)了換熱。另外，在沖擊靶板的壁面設(shè)置微小W形肋陣列后，改善了傳統(tǒng)沖擊冷卻系統(tǒng)中存在的位于沖擊靶板上沖擊射流區(qū)域之間的低傳熱區(qū)域的傳熱性能，從而提高了沖擊靶板壁面的傳熱均勻性會(huì)K。
[0016]除此之外，由于微小W形肋高度較小，與常規(guī)的具有平壁面的沖擊冷卻系統(tǒng)相比，本發(fā)明的沖擊冷卻系統(tǒng)的壓力損失不會(huì)明顯提高，其重量也不會(huì)明顯增加。
[0017]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是現(xiàn)有的沖擊冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的沖擊冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是圖2中的沖擊冷卻系統(tǒng)的沖擊靶板壁面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的具有微小W形肋表面的沖擊冷卻與相應(yīng)的平板表面沖擊冷卻基于浸潤(rùn)面積的對(duì)流換熱系數(shù)比較圖；
[0022]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2的沖擊冷卻系統(tǒng)的沖擊靶板壁面的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:
[0024]本發(fā)明的實(shí)施例1提供了一種沖擊冷卻系統(tǒng)，如圖2?3所示，該沖擊冷卻系統(tǒng)包括多孔射流板10和沖擊靶板12，多孔射流板10和沖擊靶板12之間形成冷卻流道26，多孔射流板10具有用于流體形成多股射流的射流孔14，流體通過(guò)多孔射流板10上的射流孔14形成多股射流沖擊到?jīng)_擊靶板12的壁面形成壁面射流，并沿流動(dòng)方向形成橫流，圖2中的箭頭28的方向表示橫流的流動(dòng)方向，箭頭22的方向表示壁面射流的流動(dòng)方向。
[0025]本實(shí)施例中，多個(gè)射流孔在沖擊靶板12上的投影20為陣列布置，沖擊靶板12上設(shè)置有W形肋陣列，該W形肋陣列包括多個(gè)W形肋片16，每?jī)膳庞缮淞骺?4在沖擊靶板12上形成的投影20之間設(shè)置有一個(gè)W形肋片16。W形肋片16與相鄰一排的由射流