Synthetic and continuous jets impinging on a circular cylinder

Abstract

Synthetic and continuous jets impinging onto an heated circular cylinder were investigated. The study was performed experimentally. For this reason, a piezoelectrically driven actuator with water as the working fluid was designed. The basic parameters of the experiments were: the slot nozzle width was 0.36 mm, the aspect ratio of the slot was 111, the cylinder diameter was 1.2 mm, and the cylinder-to-nozzle spacing related to the slot width was 5?21. The experimental investigation of the flow field and heat transfer was performed by means of various independent methods. To investigate the flow field, three optical methods were used: qualitative laser-induced fluorescence (LIF) visualization, laser Doppler vibrometry (LDV) measurements, and particle image velocimetry (PIV) measurements. To investigate the heat transfer, the overall convective heat transfer from the circular cylinder was evaluated, simultaneously with the optical experiments. The heat transfer experiments were validated in a natural convection regime and reasonable agreement with representative references was concluded. An enhancement of the average Nusselt numbers by 4.2?6.2 times by means of the synthetic jets was quantified by comparison with the natural convection regime. A correlation for the average Nusselt number was proposed for both the continuous and synthetic jets.

Syntetizovaný a kontinuální proud, které dopadaly na zahřívaný kruhový válec, byly zkoumány. Práce byla experimentální. Pro tento účel byl navržen piezoelektrický generátor. Pracovním médiem byla voda. Základní parametry experimentu byly následující: šířka trysky byla 0,36 mm, poměr délky a šířky trysky byl 111, průměr válce byl 1,2 mm a vzdálenost mezi tryskou a válcem byla 5-21. Experimentální vyšetřování proudového pole a přestupu tepla bylo provedeno za použití rozličných nezávislých metod. Při vyšetřování proudového pole byly použity tři optické metody: kvalitativní vizualizace pomocí metody laserem indukované fluorescence (laser induced fluorescence, LIF), laserová dopplerovská vibrometrie (laser Doppler vibrometry, LDV) a integrální laserová anemometrie (particle image velocimetry, PIV). Souběžně s optickými experimenty byl vyhodnocován celkový přestup tepla z kruhového válce. Experimenty s přestupem tepla byly validovány režimem přirozené konvekce, kdy byla dosažena dobrá shoda s relevantními daty z dostupné literatury. Bylo zjištěno zvýšení Nusseltova čísla 4,2 až 6,2-krát při použití syntetizovaného proudu oproti režimu přirozené konvekce. Byla navržena kriteriální rovnice pro průměrné Nusseltovo číslo platná pro syntetizovaný i kontinuální proud.