النفاثة الصادمة عموديًا على سطحٍ تنتج أعلى معاملات انتقال حرارة موضعية يمكن بلوغها. ولهذا تُستخدم في تقسية الزجاج، وفي التبريد الداخلي لريش التوربين، وفي التبريد الموضعي للإلكترونيات، وفي عمليات التجفيف.
ثلاث مناطق
منطقة الركود. تصطدم النفاثة بالسطح، فتؤول السرعة إلى الصفر وتصير الطبقة الحدية رقيقة جدًا؛ وهنا يبلغ انتقال الحرارة ذروته.
النفاثة الجدارية. ينتشر الجريان جانبيًا فيتسارع ثم يتباطأ.
الذروة الثانوية. عند مسافات معيّنة بين الفوهة والسطح تظهر ذروة ثانية لانتقال الحرارة خارج نقطة الركود مباشرة، لأن الطبقة الحدية تمر هناك بالانتقال. والتصميم الذي يتوقع توزيعًا بذروة واحدة يُغفل هذه المنطقة.
لماذا نمذجتها صعبة
تقع منطقة الصدم خارج الفرضيات التي بُنيت عليها نماذج الاضطراب القياسية: فالجريان عمودي على الجدار، والإجهادات العمودية هي المهيمنة، وإجهاد القص صغير. والنماذج المتماثلة الاتجاه ذات المعادلتين تُنتج عند نقطة الركود طاقة حركية اضطرابية زائدة بصورة منهجية وتبالغ في تقدير انتقال الحرارة.
والمعالجات العملية: صيغ نماذج ذات تصحيح عند نقطة الركود، أو نماذج حساسة للانتقال [1]، أو نماذج إجهادات رينولدز التي تحمل التباين الاتجاهي [2].
الشبكة والمسافة
في منطقة الركود يكون y+ < 1 إلزاميًا؛ فانتقال الحرارة هو تدرج درجة الحرارة عند الجدار. انظر ملاحظة خريطة y+.
والمسافة بين الفوهة والسطح معامل تصميمي حاكم، والأمثل منها يقع في مدى ضيق: فالقرب المفرط يترك النفاثة غير متطورة، والبعد المفرط ينشرها فتفقد طاقتها.
مصفوفات النفاثات
ما يصحّ لنفاثة مفردة لا ينتقل مباشرةً إلى المصفوفة: فالهواء المستنفد من النفاثات المجاورة يولّد جريانًا عرضيًا يحني النفاثات التالية جانبًا. والنفاثات في طرف المصفوفة تؤدي عملًا أقل بوضوح. وطريقةُ تصريف الهواء المستنفد لا تقل أهمية عن النفاثات نفسها.
المراجع
- Langtry, R. B. & Menter, F. R. (2009). Correlation-based transition modeling for unstructured parallelized computational fluid dynamics codes. AIAA Journal, 47(12), 2894–2906. DOI: 10.2514/1.42362
- Launder, B. E., Reece, G. J. & Rodi, W. (1975). Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. Journal of Fluid Mechanics, 68(3), 537–566.