[发明专利]一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲击冷却系统，具体地说，涉及一种带有圆弧形曲面凸台传热分布均匀的高性能冲击冷却系统。

技术背景

随着电子器件不断向着高集成度、微型化、高功耗的方向发展，其热流密度迅速提高，电子设备过热或热缺陷是电子产品失效的主要原因之一，所以冷却问题成为制约发展的一个瓶颈。冲击射流作为一种独特的流动方式，具有比常规流动强的多的换热能力，是解决高密度电子器件散热问题的颇具潜力的方案。

先进高效的冲击冷却技术是现代高性能燃气轮机/航空发动机高温部件如涡轮叶片、燃烧室等冷却必须采用的关键技术，以保证燃气机高温部件高效率、高可靠性地工作，并具有足够的生命周期。冲击冷却自身所具有特点使其非常适合冷却热负荷强度大、空间区域受限的冷却，如涡轮叶片的前缘、燃烧室壁面等冷却。冲击冷却过程中流体直接冲击需要冷却的表面，流程短，并且在滞止点附近形成很薄的边界层，因而具有非常高的传热效率。

随着民用航空对发动机高效率的要求和军用发动机对性能、推力的要求的不断提高，发动机燃烧室和涡轮前燃气温度不断在上升，需要发展更加先进、具有更高效传热能力并且使传热分布更趋均匀的冲击冷却技术。高效的冲击冷却系统可以提高高温部件的工作寿命，减小冷却空气的消耗，从而提高发动机的工作效率、降低维护费用。

冲击冷却系统一般由多孔射流板，冲击靶板，以及由多孔射流板和冲击靶板之间形成的冷却流道所组成。气流经过多孔射流板形成多股射流，该射流冲击到靶板表面，形成冲击冷却。如图1所示。但是，从现有的冲击冷却系统的使用情况来看，仍然具有一定的局限性：(1)还需要进一步提高壁面总体传热系数，以提高现有的冲击系统的传热能力，从而能够适应不断增加的高冷却负荷的需求；(2)现有的冲击冷却系统中，冲击壁面上的射流冲击区域内的传热系数很高；但是在靶板的射流滞止点区由于射流速度瞬间减小为0且射流方向发生了90度的偏转，因而造成了极大的动量损失和压力损失；(3)冲击区内的压力梯度和速度梯度大容易造成被冷却区域形成较大的温度梯度、引起热应力导致热疲劳，对冲击壁面的结构强度造成了极大的影响，在燃气轮机和航空发动机的涡轮叶片上尤为突出。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括射流板、冲击靶板、射流孔、冷却流道、圆弧形曲面凸台，在射流板与冲击靶板之间形成冷却流道，所述射流板上设有使流体形成射流的射流孔，所述冲击靶板上设置有圆弧形曲面凸台阵列，圆弧形曲面凸台位于射流孔中心下方的冲击靶板上；所述圆弧形曲面凸台为带有圆弧母线的圆锥体结构，圆弧形曲面凸台高度H_c为0.2～4D_j，圆弧形曲面凸台底部半径R_c为0.5～5D_j，圆弧形曲面凸台的圆弧母线半径R_h为0.3～16D_j；所述射流孔直径D_j为0.5～8mm；射流板与冲击靶板之间间距H为1～8D_j。

所述射流孔为多个,射流孔在射流板上成阵列布设，射流孔中心下方对应有圆弧形曲面凸台，两个射流孔之间间距Wc为20～25D_j。

所述冲击靶板上布设的圆弧形曲面凸台为相互独立结构。

有益效果

本发明提出的一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统，应用射流冲击技术,在冲击靶板上布设圆弧形曲面凸台阵列，在射流板上设有用于流体形成多股射流的射流孔，圆弧形曲面凸台位于射流孔中心下方，通过圆弧形曲面凸台的曲形面将来自于射流孔的冲击射流进行均匀分散，并平缓的改变射流的流动方向。冲击冷却系统改善靶板上气流的流动情况，减小温度梯度，使传热分布更加均匀，减小热应力集中,提高冲击冷却系统整体的传热能力；通过使冷却气流平缓的改变流向，减小了滞止区动量损失和压力损失，使得冷却气流可以覆盖更大的面积。冲击冷却系统还可广泛应用于纺织品、纸张、木材的干燥，钢铁的冷却或加热，飞机机翼的除冰，航空发动机涡轮叶片的冷却工程领域。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统作进一步详细说明。

图1为现有技术的冲击冷却系统示意图。

图2为本发明带有圆弧形曲面凸台的冲击冷却系统示意图。

图3为常规圆锥体与圆弧形曲面凸台对比示意图。