Top Banner
Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by con®ned slot-air-jet N. Kayansayan * , S. K uc ß uka Department of Mechanical Engineering, Dokuz Eyl ul University, Bornova 35100, Izmir, Turkey Received 16 September 1999; accepted 18 July 2001 Abstract An experimental and numerical study has been carried out for jet impingement cooling of a concave channel when the slot-jet was situated at the symmetry line of a semi-circular channel. In experiments, a parametric investigation is performed to measure the impingement surface pressure distributions and the local Nusselt numbers by varying the jet Reynolds number in the range from 200 to 11 000, and the slot-to-surface spacing from 2.2 to 4.2 of the slot width. For the range of Reynolds numbers studied, the heat transfer rates at the impingement surface of the concave channel are found to be more enhanced than the ¯at channel results due to the eect of channel curvature. A correlation for the stagnation region heat transfer, which accounts for the channel height eect, is presented. A numerical model, based on the ®nite-volume procedure, is constructed and validated by comparing the results with the experimental data at low Reynolds numbers. Due to large discrepancy between the experimental and the numerical results at high Reynolds numbers, however, the numerical analysis is carried out for ¯ow Reynolds numbers up to 600. Ó 2001 Elsevier Science Inc. All rights reserved. Keywords: Heat transfer; Impingement cooling; Slot-jet; Two-dimensional; Numerical; Finite-volume; Concave; Semi-cylindrical; Experimental; Measurement 1. Introduction Impingement cooling has been widely used to cool a heat transfer component exposed to a high temperature or a high heat ¯ux environment. The impingement cooling jet has the advantage that it is readily moved to the location of interest and removes a large amount of heat. Jet impingement techniques have been applied to many industrial systems including high temperature gas turbines, paper drying, annealing of glassware, and high-density electronic equipment. The impingement jet used in these systems is air. Over the past 30 years, impingement cooling heat transfer has been extensively studied. These studies in- clude the impinging ¯ow structure, local heat transfer, correlations of stagnation point and the average Nusselt numbers in terms of the relevant parameters. The structure of jets used in industrial applications is either axisymmetric or two-dimensional. The two-dimensional impingement cooling studied in the past was generally related to ¯at plate with a free jet [1] or a semi-con®ned jets) [2±4]. In contrast, studies related to impingement cooling over curved surfaces are relatively few. Metzger et al. [5] experimentally determined the impingement cooling heat transfer rates due to an array of round and free jets impinging on a concave surface. The studied geometry resembles the case of cooling the leading edge of a gas turbine airfoil. They measured the averaged heat transfer coecient over the surface, and correlated the Nusselt number in terms of the jet Reynolds number, nozzle-to-plate spacing, and some additional parameters of the ¯ow geometry. Brahma et al. [6], considering Walz's modi®cation of the Karman±Pohlhausen integral method, presented a procedure for analyzing the boundary layer developed due to free-slot-jet impinging on a concave semi-cylindrical surface. An expression is derived to evaluate the thickness of the hydrodynamic boundary layer in terms of the jet exit velocity and the jet width. For the stagnation point heat transfer, a correlation has been presented in the form of Nu o C Re p , where the constant of proportionality is a function of the height ratio. Since the applied method provides results within the vicinity of the stagnation Experimental Thermal and Fluid Science 25 2001) 383±396 www.elsevier.com/locate/etfs * Corresponding author. Tel.: +90-232-388-3138; fax: +90-232-388-7868. E-mail address: [email protected] N. Kayansayan). 0894-1777/01/$ - see front matter Ó 2001 Elsevier Science Inc. All rights reserved. PII:S0894-177701)00094-2
14

Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

Jan 16, 2023

Download

Documents

Doğan Göçmen
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

����������� ���� � ������������ � � ��� ���� �� ����� ���� ������

�� � � �� � � �� �� ������� ���������� ��� ������ ������������ ���� ������ ����������� ����� ������ ������ �����

������ !" ��������� !###$ ����� !% &��� '((!

��������

)� �*�������� � �� ������ � ����� � � ���� ����� �� �� ��� ����������� ���� � � �� � ���� +��� ��� ������� + �

���� ��� � ��� �������� ���� � ��������� � � ����� �� �*���������� � � ����� �������� ��� �� �������� � �� ���� ���

����������� ���� � �������� ������������ �� ��� � � ������� ������� �� � ����� ��� ��� ������ ������ �� ��� � ��� ��� '((

� !! (((� �� ��� ���������� � �� ��� ��� '�' � ,�' � ��� ��� +����� -� ��� � ��� � ������ ������� �������� ��� �� �

�� ����� � ��� � ��� ����������� ���� � � ��� � �� � ���� �� ���� � �� ��� ��� ��� �� � ��� . � � ���� ������� ��� �

��� �/�� � � ���� ��� ����� ) ���� ��� �� ��� �� �� ��� ����� �� � �� ������ +��� ���� �� ��� � ���� ������ �/��� ��

���������� ) ������ � ����� � ��� � ��� ����������� �������� �� �������� �� � ��� ��� �� �� ���� ��� ������� +��� ���

�*�������� � � � � �+ ������ �������� 0�� � � ��� ������ �� ���+��� ��� �*�������� � �� ��� ������ � ������� � ����

������ �������� �+����� ��� ������ � � ����� �� ����� �� �� .+ ������ ������� �� � "((� � '((! 1������� �����

��� )�� ������ ���������

!��"�#�$ 2� � �� �����$ ����������� ����$ �������$ 3+��������� �$ ������ �$ -�����������$ 4� ��$ ������������ �$

1*�������� �$ 5� ��������

� ���� ������

����������� ���� � � ���� +����� ���� � � �� � �� ����� ������ �*���� � ���� ������ ����� ���� �� � .�* ����������� 3�� ��������������� ��� � � ��� �� �� �� �� � �� �� �� ���� ���� ���� � ��� � �������� �� ������ � ��� ���� ��� �� &�� ����������� �����6��� � �� ���� ������ �� �� �������� � ������� �������� ���� ������ ���� � ���������� � ��� ������� ��� ���� � �� ��+ ��� �������������� ������� �6�������� 3�� ����������� ������� �� ����� ������� �� ���7��� ��� � �� 8( �� ��� ����������� ���� �� �

�� ����� � � ���� �*��������� �������� 3���� ������� ������� ��� ��������� .+ ��������� � � �� � �� ���������� ���� � �� �� ��� ���� �� ��� ��� �� �������������� �� ����� � ��� ����� �� � � ������� 3���������� � ���� ���� �� �������� � ���� ���� �� ������ *��������� � �+��������� �� 3�� �+��������� �

����������� ���� ������� �� ��� � �� + � ����� ������ ��� � . � �� �� +��� ���� ��� 9!: � �������������;�< 9'=,:� �� ��� ��� ������� ��� ��� � ��������������� ��� ����� ���� �� �� ��� ������ ��+� 5��>����� �� 9?: �*�������� ��� ���������� ��� ��������������� �� � �� ����� � ��� ��� � � �� � � ���� ������ ���� ��������� � � �� ���� �� 3�� �������������� ��������� ��� �� � ���� ��� �� ���� ����� � � ������� ������ 3��� �� ����� ��� ��� ����� � �� ����� �@���� ��� ��� ���� �� �� ���� ������ ������� ������ �� ����� � ��� ��� ������ ��������>>������� �� �� ���� �� ��� ������ � � � ������� ��� .+ �������� A� �� �� �� 9":� ���������B �>C� ���� ��� � ��� � �� �=D��� ���� ������ ������� ��������� ������� �� � ��>��� ������� �� � ��� �������� ��� � ������������ ���������� � �� ������������ � ���� �� )� �*������� ��������� � �� �� �� ��� �������� � ��� ������� ������ �� � ��� �� ����� � ��� ��� �*�� ������ �� ������ +����� -� ��� �� �� ��� ���� �� � �� ������ ���� ��� � � ���� ��������� �� ��� ��� ��� � �

��������

�� +���� ��� ��� �� � ������� ���� ��

������ � ��� ������ � ��� ���� ��� ������ ������������ ������� +����� ��� ������� � ��� �� �� ���

1*�������� � 3���� � �� -���� ����� '? ;'((!< 8%8=8#"

+++�����������E� ��E����

� 4���������� ����� 3���F G#(�'8'�8%%�8!8%$

� *F G#(�'8'�8%%�H%"%�

�%���� �##����$ ������ � �� � �I���������� ;�� � � �� � �<�

(%#,�!HHHE(!EJ � ��� ���� � ���� � '((! 1������� ����� ��� )�� ������ ���������

D��F �(%#, �!HHH ;(!<(((#, �'

Page 2: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

����� ��� � ��� � � �� ��� � ��� ����� � � ��� ���������� �������� ��� �� ����� � ��� .+ � � �������5������ ��� �/�� � ���� � ��� ���� � �� ��� ����� � ��� �� �� ��� ���� �� �� �������� �� ������������ ������ K � �� 4���� 9H: �������� �*���������� � �+��������� � ���� ��� ��������� ���� ��� � � �� �� � ���* ������������ ��� ��� ���� �� 0�� � ���������� � 3 ���=K������������ � ��� ���� �� ���� ������ �� � ��� ���� ���� ��� ���� ���� ��� ��� ������� �� � �� ����� ������ � �� ���� �� L �� �� �� 9%: �*�������� ���������� ��� �/�� � ��� �>>�� ����� ��� �� ���� ���� � ����������� ���� � ��������� � �� �� ���� �� 1�� ������ � �� � �� ����� ��� ����� �� �� ��� ���� + � �� ������� �� ���� ������)� ������� �� -��� !� ��� .+ ������� � ��� ����

���� ����� ������ � ��������� � � ���� �*������+��� . � �� ����� � ��� � �� >��� )�� �� ������������� ��� �� � �� � ��� � ��� �������� ���� � �������� + ��� 3�� �������� .+ �� ������ ���� �������� ������ � ��� ������� �*�� �� � ��� ��� �

������������� ����� � �@���� �� ��� ��������/���

��� �6� ����& ���� � �� � ���������� ;�'<' ���� ��� � �� �� ����������

;������������<�� � � ���� ������ �@����

;������������< � � �� � �� ����� �@����

;B ��' ��!<( ����������� � � ���� ������ ;� ���<� ����� � ��������� ;B ��! ��!<� +���� � ��� ������� ;�<������+ � ���� ���+ � ���+��� ���� ��������1�B�D ��������/����� ���� ����)� � � ������� ������ ;� ��<� �������� ;D <* ����������� � ��������

;� �� � ���� ��'!<�� ������ �������� ;������������<� � �� � ���� �� ��� ��� ����� � ���

� ���� ���� � ;�<+ ����������� � ������ �� ���������

;� ��<�� � ���� � �� � ��� � ���� ;� �'��!<+� ������ ������ � ��� ��� �*��

;� �!���<, ���� ���� ;������������< ������ ���� ;�<� ������ ������ �� ��������� ;� ��!<� ����������� � ������ ������ ��

+�������� ;� ���!<� ������ ������ �� ���������

;� ��!<- ����������� � ������ ������ ��

��������� ;� ���!<

. ����������� � ���� �� ��� ����� �� ��� ���� ;�<

/ ����������� � ���� �� ��� ����� �� ��� ���� ;� ���<

0 ����������� � ���� �� ��� � ���� .+ ;� ���<

� ���� �� ���+��� ��� ��� �*�� �� �������������� ���� � ;�<

1������ ��� * ��� � ��� ��/������ ���� �� �� ���� � �������� ��+� ����� ����������� � ������ ����� ��� �� ������� ;�� ��! ��!<� ������� ;�� ��8< � � ������ ;� ��'< ���� � ��� ���� ;��!<

,�'������� �� �� ���������+ ������� � � ���� � ��� ����

���� �����1�B�D ��������/����� ���� ����� ��� ��� � �������� ������� ��� ��� � �������� ������� ��� ��� � ������ ����! ����� + ��' ����������� ���� �� ������

,�����������������+ ������ � ������� � � ����� ������ � ������� ����� ������ � ������� � ���� ������ � ������ � ����

-��� !� 4� � ������� � � ������ � ��� .+ ��������

8%, )2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:;

Page 3: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

��� �� ���� ����� ) � ���� �� � ���� �� ��������� �� ����� ���� ��� ��� ��� � ������������� ��������� � �+��������� � �� ������� �� ����� 3�� .��� ��������� �� ������ � �� ��� �� �� ��� ����� ������ ��� �� ��������� 3�� ��� +��������� ��� � � ������� ������� ��� .+ ������������� �!���� ������ � ���� �� � "(( �� ������ � � ������ 3��� ��� .+ �� ��� �� � �� ����� ������� �� �������� � �� � ��� � �� ��� ��� 3�� ���+���� � ������ ������� ��� ������� � ��� .+F ;!< ���� ���� � ��� ��� �� � �� ��� � �� � � ��� � ��� �+�� ���� ����� + ��� '� !� �� ;'< ��� ����������� �� ���� ������� � � �� � �� ��� � �� � ��� � ���� ������� ��� ��� +����� ���� M ����� ��� � ���� � ����� � �� ������ �� ��� � ��� ���+��� !�? �� ?� � � ���������� �� ����� �� � ��� �������� ����� 0��������� ��� ����� � � ������� ��� � ���� ��� ���� ���� ����� + �� �� ������ � ���+�F

! � !

�!� �� � !

�� �!�

�� ������� � ��+� �� -��� !� ��� ��+� ���� � ���.+ �� ����� ��� ���� ���+��� ��� �������� ���� ����� ��� + �� �� �� ��� ��� � ��� .+ ������� � ����+�F

���� � �� � !'�

� �'�3 ������ ��� ���� ��� � ��������� � ���� ������ ��*�������� � ������ �� �������� �� ��������� ) ����� �� � ��� �*�������� � ���� ����� �� ������� ��� ��-��� '� A������ ��� ��� ������ ������� ��� ���� �� �� ��� �� � ��� � ������� ��� ������ � ��� ������� �� ����� �� �*���������� ��� � ���� � �� �� ���� ���� ��� ��� !�? � '�H?� �� ��� ����������� � ��������� '�' � ,�' ��������)� ���6����� ��� �������� � ��� ������� �����

��F!� � ����� �� �*�������� ��� ��� .+ � ������������� ��� ��������� � � �� �� �� ��� ���� � �� ������ �� � �� ����� � � � �+ � +��� � ����� ������ �������$

'� � ���� � � ����� ����� �� �������� ���� ��� ������� � ��� ������� �� ��� .+ ������� � �� ��� ����� � � ��������$

8� � ������ � ���� �� � ���� �� ��������� ���� ��� � ��� ��� � ��� .+� �� � ��� �� ��� ������ �� ���� ��� ������ � ��������� +��� ��� �*��������� � � � �

� ��� �����������

52�2 � ��������� ��# � � ��������������

) ���� �� � ��� �*�������� � �� � ��� �� ���������� �� -��� ' �� � �*����� ���+ � ��� � ��������� � ��� �� � �� ����� ����� �� ����� �� -���8� )�� + � �������� �� ��� � �� ��� ������������� � ������ � H � �� �� '! �4 �� + � ����� ��� ��

� ����� �*�� � ��� ������ ������ '�? � .�*����������� 3�� �� ����� � � ����������� � (�!8% �� ��� ����8 ��� ������ ��� � � ��� �� ����� ����� ��+ � ���� ��� �� ��� � ��� ������ ������� �� ��������� � �� �� �� +����� !N � ��� ���� � ���� )����� � �� � ��� ������ ���� ��� � ��� ��� ������� ���+ ��� � ������ ��� ���3�� ������� ��� � � ��� ��������� �

?% � � !�'H �� ) ��� ������ � ��� �� � ������ + ������ �� �� ����� ���� ��� �+��������� � .+� 3 ����� ������ ������ ����������� ��� ��� ��� �*������ ��������� + � ��������� +��� ����� ��������� �>�>��� � ��� ������ �� +��� .+ ��� �������� ���� � ����� ��� � ��� ������ �*��� )���� ���� ��������� � *���� � ,N ���� ��� �� ��� ������ ���� ��� �*�� + � ����� �� �������� � �� ��6� ���� �+��������� � .+ ����� ���� 3�� �����������+ �� � ��� � ���� + � � �� � ? �� ���� ����� +��� %,�� � ����� � ���� � ��� ����� 3�� �� � ��������� ��� ����� ����� + � ���� �� � (�(! �� +��� ���� ��������� � (�H? ��� 3�� � ���� �� ��� �� �������+ ��� +��� � �� � D��*��� �� 3�� ������ ������ + ��� �� � ����� � ������ �� � + � ����� +��� �� �������� �� ������ �� ������3 ��������� ��� �� �� �������� ����������� � ���

����������� ���� �� ��� �� �� � � ���� (�? �� �� ��� ����� +��� ������� ��� ��� ���������� � ��� ������A� ��� � ��� ����� � ��� � �������� ���� ����� �� ���� ��� � � ���� ��� � ���� ����� +��� �� ������ ������� �� � ��� ��� � � ��� ���� ��� ��� ����� �� ��� ����� 3�� �������� ���� �� +��� �� �������������� 3�.� ������� � �� �� �+��� �� ���������� ������ �� ����� ��� �������� ������ � ��� �+����0�������� ��� ��� ������� � ��� ����������� ��� �������� � ������� A ��� ���� !!H8� ������� �� �� ������ ��� � ����� ��� !(�? � !( �� 2�� 3��� ��� ������ 0 � ������ ������� ��� �� � � ��������� ��� � (�!N � ��� �� �����3 ����� ������ ������ ���� � ��� ��������

���� ���� �� �� � � ���� �� ���� ������ +��� ��� ���������� � ?% � � '�? � +��� ���� � ����� �� ��������� �+�� ������� 3�� �+�� ����� � ��� �� ������������ �*��� ��� �� � ��� �� �� ��� + � ��������� � 4) ���� ������� �������� ������������+��� + � ��� ��� �� ����� ���������� �������� ����� ����������� + �� � ��� ���� ������ 1 � ���������� + � � �� � ������ �������� ������ ���� ������ � � ��� �������� 3�� �+�� ����� � ����� �� ��� ������ �+����� + � ������� � �� ��� �� � ����� �������� )� )4 ��� �� ����� �� �� ������ ��� '8(�M ���� ���� +��� !N ����� ������������ �+�� � ��� ������� ) ���� ��� + ��������� ����� ��� �+�� ������ � ��� �� ���� ������ )���+� �� -��� 8� ��� ��� ��� ����� +��� ���������� � !"�? �� � '�? �� �� .��� +��� ��� ������������ ���� � ;��� � �� ���� � � ��� �����< +������� �� ������� ��� ����������� � �� � �� ����� � � �) ����� � ����� + � ���� �� ������� ��� ����� ��� � ������ �� ���+��� ��� ������� ���� �� � �������� �� ��� ������ ) �� � � ��� ������� �� � .+

)2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:; 8%?

Page 4: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

-���'����� �������*�������� � �� � ��� ��������� ��� ��� ���!F5 ��� ���$'F+������������������$8F�� �����$,F.+ ���������� ���$?F���� �� �����$"F ���

������$HF��� ��������$%F�����+ ��$#F����$!(F��������������� �$!!F�� ���������$!'F�� �.+�����$!8F3���������������!,F� � �����$!?FD4������$!"F ����� �������$

!HF)4��� ������� ��$!%F��������� ���� �.+�*������+����$!#F� �����������������������������$'(F����� ����

8%" )2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:;

Page 5: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

������� � � � ���� � ���� �� � !? ��� !? �� �� ���� � ����������� � '�# �ME�B��

'� � '! �4 ������� ����� +��� ����� � ��� ������ ������� � �������� � ��� ��� �� ���� 3�� �� � .+ ������ +��� ����� ��� �� ��� � ��� ������ 0-� �� ����� � �� �������� �� �� ����� ��� � � �� � .�* +����� 8N �� �� ) ����=��� �� � ��������� @*�� ���� ��������� � � � � ��� �� � .+ ���������������� ������ ���� � ��� �� � �� ����� ���� �� ) 2D ����8,#H() � � ����� �� � � � � �� � � (�(,N ���� �� ���� �� ����� ��� �������� ������ � ����������� �� �� � .+ ������� 3����� �'8' ����������� ��� ���� � ������ � ��� � � ����� +����� �������� �� ������ �� ����� � ������� )���� � ������ ���� � �� ��� ��� ��� �� ��� ���� �+ � ������� � �� ' �4 +��� ��� ��� �� ������ ������/������ � ���+��� ��� �� ��� ����� �� ��� ������� �� � ,( �4$ ���� + � �6��� ���� � ?N ������ ����� �� ��� ��� ������� � �������

5252 � �.���������� ����#���

3�� �� � �� ����� ���+��� ��� ��������� �� ��� ����� � ���� ���� �� � +��� � ��� ���� � ��������� �� ���� + � �� ����� �� � ���� .+ � ��� �� ������� ��/����� � ���� �������� � ���� � � 'H�#� ,(�"� �� ?8�8 ��� )� ��� � ���� ������ � ����� ��� � ����� ��� ����� + �� + � � ���� ������� � �� � ������� �� �� ��� ��� ����� � ��� ����� -� � ����� ��� ��.+ � �� + � ��� � ������� � ���� 3��

����������� ���� � + � ���� �� ��� � ������ ����� "' �4� �� ���� ������ ���� + � ���� ��� �� ��������� �*�������� ���� 3�� �� ����� � ��� �� ������ ����� ����� ������ � �� �� ��������� �� ��� ������� �������� ���� +��� ������� 3�� � ������ �������� ���� �� + � ���������� �� �� �� � �� .+ � �� ��� ����� �� ������� ��� �� �� �������� � � ����� ��@���� ���� + � ��+�� �� ��� �������� ������ ���� �� � �� � �6���������� 2��� ����������� ����� + � ���������� �

� � �!(������� �� �8�+���� � �� ��� � �� ����� �� ���2� �� O �� ���� ��� ���������� � ��� � �������D�������� ��� �� � .+ ����� � ��� � � ��������

���� � ��� �� �� ��� ����� ��� �� � .�* �� ��� + �������� ���� +��� �� ������ 3��� ��� ����� +��� ����� ��+ � ��� +��� � �������� � ���� � � � (�'?�3��� � � ������ �� ����� ��� � ��� (�� � !( + ������ �� �*���������� 3�� �� � .�* ������ � ���������� *� � ������� �� ��� � � ������� ����� + � ��� ��� � ���� �� � � ����� 3�� � *���� ���� ���� �� � ��� �������� � �� � .�* �� ����� ��� ��� ��� �� � ��� + � !(N� 0�� � ����� ����� � ������� �� ���+��� ��� ����� � ��������� ���� �� ��� �� ��� ����������� ���� �� ������ + � � �� �� �� ���� ������ �� ��� ��� �� ����������� ��� �� ��� ����� �@������ 3�� � � �� � �� ����� �@����+ � ��� ��� ������� �

� ������������' � �!� � �,�

+���� �� �� ��� ������ ���� ������ �� ��� ���������� � � ��������� �� ! ���������� ��� ����� ������������ �� ��������� ��� B��

'� D��� � � ����� ��� ���

.+ � ��� ��� �+�� ������ �� ��� ����� � ��� �� ��� ��� ����� + � ������� �� �*���������� ��� ��� ������ ������ + � � ���� �� ��� � ��� ���+��� '(( �� !! (((� )���� ������� ��� � � �� ��� ������ � ���� ������ �������� ��� � ���� ������ + � ������ � ��+ � ��� +��� ����� � ���� ��� ��� D��*��� ������ �� ���� + ���� �� ��� � � �������� �������+ � ���� ����3�� ����� ���� �� ��� ������ ������ ����� ��� �

�+ .+ � ��� + � +����� !(N �� �� �������� �� ���������� � ��� ����������� ���� � + � ��� !N�3�� ����� ������ �� ��� �*�������� � �� � �� ����� ��@����� +��� ���� � �� � ��� ���� � "N� 3�� �*��������� � ������� +��� ���������� +����� ���������� ���� � �����

� ������������ �� �����

3�� � ���� �� � ���� ������ ������������������/����� ����� �� �������>��� ��� ������� �� ������ �6� ����� �� -��� ,� ���� � ���� ��� ���� ������� ��� ��� D �� �� ���� �� ��� ������ � ����������� ����� �� +� �� + �� � �������� ��

-��� 8� )� �*����� ���+ � ��� � �� ������� � �� � �� �����

������ !F )���������$ 'F ����������� ���� �$ 8F ����� + ��$ ,F ����

+ ��$ ?F � � ������� ����$ "F �� ���� �����$ HF ��� � � ����� ���$ %F

����� ���$ #F ����������

)2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:; 8%H

Page 6: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

������� ���� 3�� ���� D� ��� ���� � ���� � � ������������� ���� �� �� 1� �� B � +��� ��� �������� �� ������ ���� � ���� �� ������ 7� ��� ���� � ������ ������ ������� �� ��� ��� �� ����� �� ������ � �� ��������� �� �� �� �� �� + +��� �� � ��������� ���+��� ����� ���� ����� 3��� ���� �� ��������� ��+� � ��� �� ����������� �������3�� ���� �� ��� ���� �� ����� ���� �� ������ ��

��� ������ ������ �� ��� ) ��� ���� �� ��� + � ������� � ������ +���� ����� � ��� �� �������� � �������� ���� + � �*������ �� �� ����� ����� ���� �� � ���� ��>� + � � ���� � � � ������ ���� ������ � ��� �+�� �� ��� ����� + ���� -� ���� ������������� ��� ���� � �������� ��� ��������� .+ ���� �� ���������� � ��� �������� *�� �� ��������� �� ��� ��+� ���� �� 3��� ��� .+ ����� ���+��� ��� *�� � ��������� �� ��� ��+� ���� �� �� �� �� �6� ��� �� ������� +��� � ���� � ��������� ��� ����� �� ��� �������� � (�!� �� ���� ���� � �������� ��� ��� ���� �� �� ��� ���� �+ .+ ������� 3�� ��*� �6� ����� �� ����� +��� � �������� ��>� ?N ��� ��� �� � ���������� ��>� ����� ��� ����� ���� ��� � ����� ����� ���������� ) �� � � !, ���� ��� � >��� �������� �� ��� ���� � �������� �� ����� ��� ��� �����>��� ��� ���� ��>� �� ��6����� ��� ���� ��� �� ?N� !(N� �� !?N � ��� ��������� �� ��� ��� ����� >����� ��� ��� � �� ���� ��>� � �� � �� ���� � ��� ������ ��� 3������� ��� ���� ����� ��� � �������� ��� ���� � �� ����� �� � ���� ��� ��� �� � #(�� )���� �� �� ����� ��� �� ������ � ���������6� ���� �� ��� ������� � � � #(� �� ������ ����������� �� 4 ����� � ���� �� ������ �� ������� �� ��� � �!���� �� ��� � ���! � ��� �� ��� � ������ �����.+ ���� �� �� ������ � �� ��@������ � � ������ ����������� ������ 3��� ��� .+ ������� � ���� ���� �*�� �� �������� � �� ����� �������� +���>�� ������ ������ �� ��� � �� � ��������

�2�2 � �������� �<������ �� #���������# ��

)� ������� �� -��� ,� ��� ���� ��� � ��� � ������� ������ � ��� D � ���� � ���� �� ��1� �� B� ��� ���+��� �6� ���� � ���� � � ��������� �� ��������� ��� � � �� � ���� ��� ������� ���� � � ��� ��������/����� ���� 3���� �� ���������F

� ������� � ����+

�� � � ����

� � � �������� ������ ��

� ��+ � ���� � � � ��� � � � ��

���

� ����

� � ���+

�� � ���� �� �?�

�� �� ���������F

� ������� � ����+

�� � � ����

� � � �������� ������ ��

� ��+ � ���� � � � ��� � � � ��

���

� ����� � ���+�� � ���� ��� �"��� ��� �� � ����� �������� �� ��+��� � .���� 9#:� �����/������ � ���� � �������� � ���� �� ���� �� ���*������� �� ����� � ��� �������� � ���� �� ����������� �� ���������� � �� � ���+�F

� � '��� � �D

� ��

� � '��D � ��

� ��

� � � � ��

� ��

�� � ��

� !

�1 � �D���

��

+ � � � ��

� �+

�� � �+

� !

�D � �B��+

��

� � � ��D � ��� �

� � �

�� !

���� � ��+

��

��

-��� ,� ) ���� � ��������/����� ���� �� ������� � ���� �� ��+��� ��� � ��� � � �� ���� �� �������� ���� ��� ��� *�

8%% )2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:;

Page 7: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

� � � ��� � �D� �

� � �

�� !

�� �� � � �+

��

��

��� � '� �

�1 � �D���

� � �

��

+�� � '� �

�D � �B��+

� �+

��

��� � �� � � � �

� �D

�� !

� � � �+

��

��

���� � '� �� � � � +

��

� �D

��

�H�

16� ;H< �� ����������� ��� 16�� ;?< �� ;"<� �� ��� ����+��� ����������� � 6� ������� �� ���� �� ��� ������ ����F

� � ��� � � ���!� � � ���!�

�� � ��!��

� � � � � ���� '

!

��%�

3��� ��� �6� ���� � ���� �� �� � �������� ���� ������� ��� ��� ���+��� ����� � �6� ����F

���������F

����� � ����� � ����1 � �+��B

� ����D � ����� � ������ ��� �#����������F

����� � ����� � ����1 � �+� �B

� ����D � ��+ � ������ ��� �!(�3�� ���� ����� �� �� �� �� ����� �6� ���� �� ����� ��>�� �� ��������� �� ����� � ��� ������ �������� � ��� * � ���+�F

�� � �� � ����D�

�� � �� � ����D��!!�

+���� ��� �@����� � �� �� �� ���������� � �� ����+�F

��� � '���������

��� � !

����

� �D� (

������

�� � �D��

� �� � � �+

��

�� � �� � � �+

��

� '��� � � +����D

��� � 'D �����

�� � !

������� � ��+� � � ��� � � �+��

� 8��� � �+����D

��� �D � �D� ( �����

�!'�

�� ������ � ��� ����� ��� � ������� �� ����������� � � �� -� ��� ����� ��� � � �� ��6�����

�� � ��� � ������ � ������ ������ - � � ����� ����� ���� � ����� ��� �������� ��� ��� � ���+�F

� � � � + � ����� � ��� �� ����

� �!8�

����� ���� ��������� ��� ����� ������ ��� ����� �������������� � ������ �6� ��� �� ������� � ����� ��� �� � ���+�F

�����

� ��

����

� !

��� !

����

�����

� � !

�'�'���'

�� �!,�

+���� ��� ����������� � ������ ���� �� ������ �

� � � � �!�' � �!

� �!?�

5���������� ��� ����� � 16� ;!,< �� ����� �� ������� ���� ��� ��� ���� ���� � � -��� ,� �� �� ��� ����� ����� ��� ���+��� �������>�� ��� ��� ������ ������ ����� � ���� ��� � ���� ���������� ������ DF

��� �� � ����� � ����1 � �+� �B � ����D� �!"�3�� ������� �� 16�� ;#<� ;!(<� �� ;!"< ��������� ��������� �/�� � ��/���� �� ������� 3�� ��� ���� ����� �� ����� ���� � �� ���� �� 9!(�!!:�

� ���� ��� ��� ������

=2�2 �����

�� ��� ������� ������ ��� ��� ������ ����������� ���� ������� �*�� �� �� �� ������ � �� ������� 3���� ���� ����� + ��� � � �!� ��� ������ �� ��� ����� ����� �� ������� �� � ���+�F

�� (�����

� � ��� � � � ����� � � (� �!H��� � � ��

� � � � � � (� �!%�3�� ����������� ���� �� ��� �+�� + ��� �� �� ��� �� �� ��������� �� ���� � � � � ( � �� � �����0�� � ������� � ������� � ���� ���� �� ��� ����������� � ������ ���� �� ��� � � � !�

=252 >�����

)� ��������� �� ���� ��� ����� ���� �� �� � ���� � ����� �+����� � � �� � ��� .+ ������� ������� ��� ��� ��������� 3�������� �� �� ������������ ����� ��� ����� �*���� � ��� . � � ���� ������ � ��� ������ �� ��� )�������� ��� ���+���������� �� � �� � ������ � ��� � ���� �����F

�� �!� � ��'�

� � ����

� ����

� (� �!#�

)2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:; 8%#

Page 8: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

=2�2 *���� ��������

�������� ������� �� ������ � ��� �� �� ������ ������� *��� � ���� � ��� �������� *���

� � ����

� ����

� (� �'(�

3�� � ���� �� � ������� � ��� ����������� ��������������� .+ �� � � ����>�� �� ��� ���������� �� ���� �� ����� �� ��� ������ ������� � ��-� ��� �������� * �� ��� ������ ���� ���� �� 3�� �� ������� � ��������/����� �6� ���� � �� ����� ���6� � � ��� ������ � ��������� � �� ���� ������������ ��� ������ � ��������/����� ���� �� ��� .+ ��� ��� 3������ +��� ��� ������ �� ���� �� ��������� ��� ��������� ����� � �6� ���� ;#<� ;!(<� ��;!"<� �� ��� �������� ��� ��� �� ��@���� � ������ ��� ��������� � �� ���� � � � ���� 3�� ������ �������� ������� � ������ ���� � �� �� ����������*��

� ��� ��������� �������� ����� ���

3�� ����������� �������� �6� ���� �� ����� �� ������� � ��� � ��� � � �� � ��� �@����� ��������� � ��� ��������� � �� ���� ����������� 3�������� �� ��� ��� �� ���� ���� ������ � ���� ����� �� �� ����� �� ���� ��� � ���� � ��� �@����� ������ ���� ���� �� ��� ������� ������ ��� ������ � ������� �� � ��� � ��� +������+� ��5DP1 �������������� ������� � D � �� � 9!':� 3�� ���������� �� ���� �� ����� � ������������ � ��� �� ��� ������ �� � � ���* ������� ;305)<� B���� ������ �� � ����� � � �� ��� � ���� � ��� � � ����� � ����� �� ��� � ���� � ���� � �� ��� � ��� ����� � ��� ���� �� ���� ��� ����� 3��� �� ���� ��� �� �� � �� ���� �������� ����� ��� ��*� ���� � �� �� �� �������� �� � � � #(� ���� �� �� ����� ��� �� ���� ��� ����� ���� ����� � ������ ������� ����� ��� ��/������� ���+��� ��� ��+ �� ��� �� � ���� � ��� ��������������� ���� � �� �� ��� ������� ������ �������� ����� ��� ���+��� �������� ������ � �� ��������� 9!8:F

� ���+

�� � � ���

��D� (�((!� � �

��+

�� � � ���

��� (�((? �� � �

��+

�� � � ���

��� (�((?� �'!�4������� ��� � ���� � �������� ������� ��� ���������� �� ��� �������� �� ������� )���� �� �� ������� ������ ������ ����� ���� ��� � �� ������������ -� � ��� ��� ������ �+���� �����/����� ���+��� ��� � �� .+ � ��� �� �� ��� � ������ �*�� �� � ��� � ���� ����� ���� �� ���� �� � !N�7����+���� �������� * ��� �� ������ �� ��� ������������� � � ����� � ��� D �� ������ � ��

� � ��� � �����+ � ������ � ��� � �����+ � �����

�''�

+���� � �� ��� �������� * ��� � �� �� �� ������ ��� (�? �� ���� ����� 3�� ������� ������ � ���� � �� ���� �� ���� �� �� ��� � ���� ��� ��� �� 16�;''<� 3��� ��� ������� � �6� ���� � ���� �� ��� ��� ��� �� ��� ������ ���� ��� � �� �� ����� ���� 3�� ���� ���� ������ �� �� ��� ������� �������� �� ��� ������� �������� ��� �� � ���������� ����� �� � � � ��� �����6���� ?( �����Q���� ��� ������� � ������ ������ ���� �� �� ��

� ���� ��� �������� � ��� ������ �6� ���� ����� ������ � ������ �� ���+��� )���� ������� � ���� ��� � ��� ��� ��/����� ���+��� ��� ��+ ����� �� ������ ����� � � ���� ������ �� � � ������ � ����� ���� ��/����� ���� �� ���� �� � (�((!� A�������� � ������ � � �� �� ��� ������ ������ �� �� ������� ��� �� ������ 3���� � ������ ������ ���� ������ ���� ����� ��� ��/����� ���+��� ��� ������.+ ��� �� �� � ��� � ���� ���� �� ���� �� � !(N�3�������� ��������� ��� ������� �� �� ��� ������ ����� ����� ��� ���� ���� ���� ���� �� � ��� ��������� ��� ������ ��� �+ ������� �� � ��������� ������ � ��� ������� �*�� ���� ���� �

������ �� ������� �������� ��� ������ ��>� � ��� ���������� � � � �� ����������� ) ���� � �/�� � ��� � ��� � ������� ���� ��>� � �� � �� ����� � ��� ������������ ���� � �� ��������� �� ��� �+�� ����� �� -��� ?����� ���� ��� ������ � ���� ����� ��� !(( � !8?������ ��� �� ��� + �� ��� ������ � *���� � '!N

-��� ?� ��.���� � ��������/����� ���� ��>� � ������� ������

� �� ��� ��� ��� ����������� ���� ��

8#( )2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:;

Page 9: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

���� ��� � ��� + �� �� � �� ����� �� ������ A� ��� ���� ������������ �/�� � �� ���� ���� ��>�� �+����� ��������� � ���� ����� �� ��� � �� � ������� �� � ��� � ��!8? �� ���� � ���� -� ��� ���� � ������� ���� ��>�� �������� ����� �� -��� ? ���� �� ��� �/�� � ����� ���������� ���� ��>�� � ��� � ��� � ����������� � ��� + ��������� ������� �� �� �� � ��� ���� ����� �� � ��� ��� ����� ���� ��+ ������� �� � � �� ����� ��� � �����/���� �� � � � �� �� -� ��� .+ �������������� �� -��� ?� ��� �*��� ��� ���� ���� +��� '(�,( �� "( ����� ��� ���� ��� � >�� ���� � �� � �������� �� �� �� � 'N �� ��� ��>� � ��� ���� � ��������� �� ���� �� � (�!�� 2���� ��������� ��� �����+� ���� � � ����� � �������� �� � � ����� ��� � >��� ��� ������ � ���� ����� � ��� ���� �������� �� � ���� ���+��� "( �� !(( �� ��� �� ������� ���+��� %,( �� !,(( ��������

!����������� �������

3�� �� � .�*� ��� ���� � ������ ���� �� ��� ��������� � � �� ������ �� ����� � ������ ���� � �� ��� ����������� � ��� + �� �� �� �������� ��� �������������� ���� � �� �+ ��/����� ������ �������� �� ��������� �� -��� " � ������ � ���� �� ������ �� �� ��� ����� �� ���� ������ �� ���������� ��������� �������� ��� ��>�� +��� ������ � ��������

��/������ � ���+��� ��� �� �� ��� �� ��� ��� ������ ��� ������� � � ���� �� �� ������ �

�� � � � ���#(�� � ���#(�

� �'8�

)� �+ ������ � ���� � � '�'� �� �� � ������� �!�? � � � ,� ��� �*������ � ��� ���� ���� ����� �� ������ ���� �� �� �������� �� ����� ��� ��� .+ �������� �� ����� 3�� �*������ � ��� ��� �������������� � ��� ����������� ���� � �� ������������� ��� ��� �� � 'H(( �� �� ������� �� A �� �9!,:� �� -��� "� � �� � 8"?(� ��� �������� ����� ���� �������� ���*�� ���� � ��� � !�? �� ���� ��� ��� �������� � ��� � ��� � ,�(� 3��� ������ ���� ��� ��� ������ � ������ ��� >�� ����� .+ ����� 3�� ������ ��� ����� ����� �������+��� ���� ���� ������ ������ �� ���� ���� ������� ��� 3�� �*������ � ������� �������� �� ����� ������+����� ��� ��� �� � ��� � ���� ������ ���� ������ �� � �� ����� �� ���������� �������� �� ���� + �

������ ��� �� ������ ��� �� � � ��� ����������� ��� ���� �� � ��� ���� ��� ������� ������ ��������� ��� � � � 3 � ����� ��� ���� ��� �� ��� ��K � �� 4���� 9H: �� ��� ��� �� ������� ������ �

-��� "� 1/�� � ������ �� ������ ������ � ����������� ���� �

�������� ������������

-��� H� 4�� ���� � ����������� ���� � �� � �� ����� � ��� +���

K � �� �� ���� ����

)2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:; 8#!

Page 10: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

��� ������������ ��������� � ��� � �� ���� � �� ��������� �� � ����� � ������� � '�� � "�"!�5� ������ ��� �� � �� ����� � ��� +��� ��� �� � .�*� ���� ��� ��� �� �� � �� ����� �@����� ��� �������������� ���� � +��� ��� ���� )� ��+� �� -���H� ��� � � � �� ���� �� �� ������ � ��� +��� ��� ��� +��� ��� ���� ��� �� ��� �������� + ������� � ���� ����3�� ����������� � ��� � � �� � �� ����� � ���

�� ��� ���� � � � �� � ���� �� ����� �� -��� % � ������ � � ��� � ���� �� ��� ��� �� �� ��� �����3���� ��/����� ������� ���� ���� � �� ���� � (� ���+ ������ ������� � 8"?( �� %!?( �� ��� !'�H���+��� ��� �� ������� ���� )�� ����� �� -��� % �� ������ ��� +��� ��� � *���� � ��� ������ �� � ����� �� ��� ����� -� ���� � ��� ������ ������� ����� �� �� ( ���� ���� �� �� ��� �� �� ��� �� ��� ����� �@����� � � �*�� ��� ����� 3�� �/�� �( � �� � �� ������ �+����� �� �� �� � ��� �� � ��� ����� ��� ��� ��� �� � ��� ��� +����� �� ������� ���� �� � �� � �� ����� ����������� �� ���������� ��� �� �� ��� ����� +���� ��� .��� �������

������ ��� ��� �������� � ��� �� ��� ���� � ������ �� � ��� ��� �� �������� � � ����� ��� �� ��� ����� �� ����� ���������� �� ��� ��� ������ �������� �� ��� � ���� ������ � ��� 3�� ��������� � ���

�� �� ��� ������� ������ � ����� � � ������ �� �������� ��� �� -��� #� )������� ��� �� �� �6� ��� ���� �� � ����� � �� � � 8( � � ������ ��� �� �� ��� ������ � �� ����� �� +��� ���� ��� � ���+�F

�� � '�"��(�8%"��(�,,?� �',�3�� ��� ���� ��� �� � ��� �� !(((���� !((((�'�'�� � ,�'� �� !�?��� � '�H?� 3�� ���������� ���������� �� 16� ;',< �� �� �� ��� � ��� �� ����� ���������� ����� )� ��+� �� -��� #� ��� �� ��� ���� ������������� ��� � � ����� +��� � *���� � ���� �?N�

" ��������� ������� �� ���������

)� ��� �������� �� ����� ��� � ���� � ���� � ��� ����� � ��� � �� ���� ��� � ������ ����� �� � !�(!� �� ��� +��� 16� ;!<� ���� ��� � ���� ��� ���� ��������� �� �� �� � ��� �� ����� � �� �� ��� ������������� ����� +��� ��� . � � ���� �������� )� � � ,���� ����������� � � � �� � �� ����� �� ������� �� ������������� ���� -��� !( �������� ��� �� ���� ��. � ������ ����� � ��� ��� �*��� )� �������� �� �������� � ������� ��� ������������ ��� ����������� ��� � �� ����� � ��� . � � ���� �������� � ������������� � ,?( �� #?( ����� �� �� ��� +��� +��� ���� � � ����� ����� 3�� ������� � 5�� > �� 9': � ��

-��� %� M �� ��� �� ��� �*�������� ��� �� ����� � � ������� ������

����������� +��� � ���� ������ �� ��� ������ �������

-��� #� 1/�� � � ���� ������ � �� �� ��� ����� �� � �� ������

8#' )2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:;

Page 11: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

� ���� �� ��� ���� �� � ��� � ����� � ��������������������� ��� ��� � . � �� �� ������� � *����� 8(N ���� ���� 0�� � ��/����� �� .+ ���� ���������� �+����� ���� ��� �� � �� ����� � � �+ ����������� � ����� ���� � ��� ������� � ����� ��� �� ��� ���� ��� �� �*����� � � �� �� ��)� �+ ������ �������� �� ���� � ��� ���

���� ��� ���������� ������ ��������� +��� ��� �*��������� � ������ ��� �� ������� �� -��� !!� 1*��� ��� �� ������� �� ��� ������ � �� � ,�'� ��� ��� ������� � �� ��� �*�������� � ������� ���� �� �� ���+���� �� �� ��� + �� ��� ������ ������ ���� �� �� ����������� �� ����� ��� ��� .+ ������� �� ����� )�� � ,�'� ������ ��� ������� ��������� ����� � ��������� ������ � ������ �������� ��� ��� � � �� � *���� � 8?N ���� ��� �� ��� + �� ��� ������3�� �� ���� � ��� � � �� � �� ����� � ��� ��

�� � ,"( � ��� � ���� �+�� ���� � �� ������� �� -���!'� -� ��� ������ � ��� �������� ��� �*�������� � � � �� ��� ������ � ������� ����� �� �� ��� +��� �� � ������� ��� ��� �� � �������+����� -� ���� !� ����� �� ��� ������ ��� �*�������� � � � ����� ������� � ���� �� ���� ��� � ����� ���+��� !8N �� '%N �������� �������� � ��� .+ �� ��������� � 4���� �� 9!?:� �� � ��� ��� �*��� ����� �� � ������ .���� ���� �� � ��� ����� � ��� ���� )� ��� ��� �*� ��� ������� � ���� �������� �+����� ��� ��*��� � ���� ��� � ��� �� ��� ������ �� ������� �� ������ .��

-��� !!� 4�� ���� � ������ �� �*�������� � ������ ��������

� � � ��� ����������� ���� � � ����� ��/����� .+ ����������

-��� !'� 4�� ���� � ������ �� �*�������� � �� � �� ����� � �

� ��� ����������� ���� � � ����� ��/����� .+ ����������

-��� !(� 5��� � ��� ��� �� ��������� ��� . � � ���� �� � �� �����

������� � ��� ����� �����

)2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:; 8#8

Page 12: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

�� ���� +��� �� ���� ��� ��� ������ �� � � �� ��� ����� � ��� �� ��� �� �� ��� �������� -��� !8� ��� ������������ � ��� ����������� �

������ � ��� ������ �� ������� �� �+ ��/������ ���� ������ � ��� � !�? �� 8�( � �� � "((� 3��� ���� � / � ��� ����� � � ���� ���� �� �� -��� !8������ �� ��� ����� � ��� ������� �� � � /$ �� ����� ��� ��� ���� �� � � ,�? �� ��� ����� � ��� ����������������� � � � ,�? +���� ���! �� >��� -� ��� ��� � � !�?� -��� !8; <� ��� .��� ���� ��� �� �������� �� � � � !�!� ��� �� � ������ ������ � *���� �� �*���� ��� �>>�� �*�� ������ �� !'(N� 3�� �� ������� ��� ���� ��� � ��� ���� � � ��� � (�(#%%�)� ��� �+����� � ����� � ��� � ����� �+����� ���.+ �� ������ ��� �� ��� ������ ����� ����������� 3��� ��� ��� � ��� .+ �� �� �� +��� ������� � �������� ������������ �� -��� !!� )� ��+� ��-��� !8;�<� � ������ � ���� �� ��� � 8�(� ��� �/��� .��� ���� ��� �� ���� �������� �� ��� ������������ �� ������� �� � ��� ��� � � � !�?� 2+�������� � ������ � ��� +���� ��� �� � ������ ��������� � *���� �� ���*�� ���� ��� � �� � �� � � !�?�0������ ��� � � ������ �@���� � ��� ���

��������� ���� � �

�� � '� ��+ ����'!

� '

��

� � ��� ��������'

� �'?�

��� �/��� � ��� � ���� ��� ���� �� ��� ������ � �� � �� � ?(( �� ��+� �� -��� !,� -� �� ����� �� ���������� ���� ����� �� � ������ �� ����� � ��� ���� �

������������ ��� ������ � �� �� >��� �� ��� ������� �� ������� � ���� ����� ���� � ���� �� �� �� �������� )� ��� �+����� � ������ ��� .+ �� ������

-��� !8� ���� �+��� ������ � �� ���� ��� ��� � �� � ���� � �� � "((�

-��� !,� 1/�� � � ���� ������ �� � ���� � �� � �����������

���� � ������ � �� � ?((�

8#, )2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:;

Page 13: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

��� .+ ������ � ����� �� � ��� ������ ��������� ����� �� �� ��� � �� � ��� � �� � �� �+� � ���� �� ��� � ���� ������ � � ���� ���������� ��-��� !,� �� � ����� � � ���� � �� � !�?� ���� ������� � ���� ������ ���� ��� ��� � ��� � ��� � *�������� ������� 3��� �� �������� +��� ��� ���� �+��� ������� ����������� �� � ��� �� �� ��� ������ A� ��� ������� �� ���� ������ � � ���� � ���� �������� ������ .+ �������� ��� ��� ���� � ��� ��� �*�� �*� ��� �� ��� ���� �� � ��� �������� �� ��� �� �� ��� ������ ����� ������� )� �������� �� ��� �+�� ������� -��� !,� ��� �/�� � � ���� � ���� � �� � ���������� �� �� � ������� � ��� �/�� � � ���� �������2+����� ���� �� �� � ���� ��� ���� ��� � ���� ���� �� ����������� ��� �������� � �/�� � ���� ������ �� ��� � ��� � ����� * ������ + � ��� ��� ���� �������������-��� !? �������� ���� � �� � �� ����� �����������

��� ��� ����������� ���� � � ��� � ����� 3�� � ��� � �� ����� � � ����� � � ������ �� ���������� �

����� � !� ���� ���������'� � �'"�

3�� �/�� � � ���� ������ � ��� � ��� � � �� ��� ��� � �� ����� �� ��+� �� ��� ����� ����� �� -��� !?�3�� ������� ������� �� �� ��� � ��� ��������������� � �� �� �*�� ������ ������ � ?(( �� �*�� � ���� � ���� � �� � !�?� )� �� ���� � ����

�������� �� ��� �� ��� �� � �� ����� � ��� ��� ������ �� ��� ������ � ��� � *���� ������ + ���� ��� �� �� ��� ����� 3�� �+�� ����� �� -��� !?������� �� ��� �/�� � � ���� � ���� � ��� � ��� �� �� ��� � �� � �� ����� �� ��� ������� ������ ������� �� ��������� �� ��� � ���� � ���� � ��� ��� � !�?� '� �� '�? � � � 8� -� ��� �� �� ��� ������� ��� � !� � ����� ��� � ��� �� ��� ��� �� ������������ � �� � �� ����� �� ������ �� ��� + �� ��������� �+����� � ��� ������ �� �� � �� ����� ��� ����� �� � ��� ���� � ��� �� �� ��� � ���� ��� ����� ������� ������� �� ��������� � ��� ����� ��� � ������ � 3 ���=K������ ������� �� � �*���� ��� ��������� ���� �� -� .+ ��� � �� ���� �� ��������� � ��� ����� ��� ��� � ��� ��� ���� � ���� �����>� ��� .+ �� �� � � ��� ���� � ���� ������ �� � ���������� � � ��� 3 ���=K������ ����*� �� � � �������������� �� 5 ��� �� �� 9!": �� � ��� ����� ��� ���� ������ � ������ ���� ���� �� ��� ������� �� ������ �*� ��� �� ��� .+ �� ��� �� ��� �� ��� ����� ��� ��� + ���

# $�������� �����%�����&���'������

�� ������ � ��� ������� ��� ��� � �+��������� ����� ��� .+ ��� � �� ���� �� ���� ����� ������� ���������� ������� ������� ��� � �� � ���� ���� �������� ����� �� ������� ��� �� � �� ����� � �� �������� � ��� .+ �� � ����� ��� ������ �� ��� ������ ������ � ��� � ����� B����� ��� ������ ���� � � ������ �������� ���� ��� �� �� ��� �� ����� �� ��� ����� �� � �� ������ 4��������� ��� ������������ ����� ��� ��� � ��� � ������������ � ���� ��������� �� �� � �� ����� � ��� �� ������� ���� ) ������� � ���� �� �������� �� ������� � ��� ��������� ����� �� ��������� ��� .+ ��� ��� � ���� ������ ��������

( )����� ��� �����*�

)� �*�������� � ���� ������ � � ���� ����� �� �� ���������� � .+ �� �� � �� ����� � � �������� ������ ���� ������ .+��� ������ ��������� �� �� � ����� D ����� � ���� ��� �� �*�������� ����� � � ���� �� �� � ����������� ��� �/�� � ���� ���� ������ �� ��� ������ ������ � ������������ ���� � �������� �� �� � �� ����� �������������3�� .+ ������ ������ �� � ���� �� ��� � ��� ����+��� '(( �� !!(((� -� .+ ������� � ��� !((( �� � � '�'� ��� �������� ����� ��� � �������������� ���� �� �� ���� ����� ����� �������+��� ��� ���� �� � ������ ������� 3�� �� � �� ������� ��������� � ��� �� �� ��� ����� ���� �� �� �������� ������ �� �� /���� �� ��� � �� ��� � ���� ���� � ���� � ��� 2+����� �� �� +��� ��� �������� 4�� �� �� 9!?:� ��� ������� ������ � ��� �� �� �������� ���� ��� � ��� � ���� �� ��� ���� ��� ���'�' � ,�'� -� � ���� �?N� ��� ������� ������ � �

-��� !?� 1/�� � � ���� ������ �� � ���� � �� � � ��� � ���������

��� � �� � �� ����� � �� � ?((�

)2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:; 8#?

Page 14: Impingement cooling of a semi-cylindrical concave channel by confined slot-air-jet

� ��� �� �� ��� ����� �� +��� ���� ��� +��� ��� ��� ������ ������� +�� �� ��� � ���� ������ � ��� (�) � ���� �� � ���� �� ��������� ��� ��� �� ��

� ��� � ��� ��� � ��� .+ �� ��������� �������� ���� �*�������� ��� �� ����� ������ � � � ������������ ����� �� ������ � �*��� � ��� ��� �*�� �� ��������� � � ������ 3�� ���� ��� � ������� ���� ��� +��� ��� �*�������� � ������ ��� ��� � ,"(� -� ��� ������� ��� �������� �� �� ����� �������� � �������� � � �� �� ����� 2+������� �� ���� ��� ����������� � ������� ������ � ��� ����� ����� ��� � ��� �� �� ��� ������ � *����� '%N ���� ��� ���+��� ��� �*�������� � �� ��������� � � �� ����� 0�� � ������ ��� � ��� ������� .��� ���� ��� ��� ������ � �� ����� � ����������� �*�������� ��� ������ � ���� � �� � �� ������ ��� ���� ��� �� �� ��� ����� �� �*����� � ���� 3�� ���� � �������� �� ��������� ���� �� ����*������ � ���� ������ + �� ��� � ��� � ���� ����� �� 3��� ������ �� �������� +��� ��� ������ ��������� ������ ������ � ��� + �� ���� �� ��� ������� � � ������ ��� ������� � � ������ � ��� .++��� � ���� �� ��� � ��� ���+��� !�?��� � '�? ��!�?�� � ?�( � �� � ��� � ���� ��� ���� ������� ���� ���+��� (�' �� !�(� )� ���� �� �� � ������� ���� ������� ��� ��� �� �� � �� ����� ������������ ��� ����������� ���� � � ��� � ����� 0�� � ������� .��� ���� � + �� ��� .+ ��� ��� � ������ �� ������ � ������� ������� ���� ������ � ���� ������ �������� 2���� ��� .+ ������ ������ ����� ������ � � ����� ������ � ���� �� � "((�

��*��+�� �������

3�� ����� +��� ���� � ��+����� ��� �� �� � ����� �� ������� �� ��� Q��������� ��� �� -��������� ��� �� �� �� (#''�#H�(!�,8�

,�'�������

9!: � K ���� &�4� )��� �� 2� � �� ����� � � �������� � �������

��� �+��������� � �� ����� &� 2� � 3� ������ 3� ��� )�51 %%

;!#""< !(!=!(%�

9': 2� 5�� > ��� 1� ������� �� -�+ �� �� � �� ����� � . �

�� �� ��� � � �+��������� � � ��� � ��� ������� ���

�>>�� � ����� ������� ���� &� 2� � 5 �� 3� ����� !? ;!#H'<

'(#H='!(H�

98: )� �D� M � 2��������� )��� 5����� �� B�&�5� 0��� ��

������ � �������� � ��� .+ �� ����������� �� � �� �����

���� �� � ��� � ��� ���� &� 2� � 3� ������ 3� ��� )�51

;!#H"< "?,="?%�

9,: �� ������ � �� 2� � � 1*�������� � ����� � �� � �� �����

� � �������� ��� � ����� ��������� �+��������� � �����

��F D�������� � ���� B��� 4������� � 1*�������� �

2� � 3� ����� -���� 5�� ��� �� 3������� ���� 1��������

)������ �� !##!� ��� HH!=HH?�

9?: 0�1� 5��>���� 3� L � ���� � 4�B� &������� ����������� ����

� � �� ���� �� +��� ����� � ���� � �� ����� &� 1��� D+���

3� ��� )�51 #! ;8< ;!#"#< !,#=!?%�

9": ��� A� �� � �� D ���� A� D� �� �� D������� � �� �� ���

���� �� � �� ����� �� ������� ��������� � � �� �����

������� � ���� �� ��F B� ��� ��� ��/������� ����� ��� ',�

��������� A������ !#%#� ��� !=%�

9H: 4� K �� 4�5� 4����� ���� � ��� ���� �/�� � ���� ������

����������� ���� .+ �� �� � �� ����� ������ &� 2� �

3� ������ 3� ��� )�51 !!8 ;!##!< %?%=%",�

9%: K� L ��� 5� 4��� &��� P��� )� �*�������� � ����� � ��� ���

����������� ���� � � �� ���� �F �/��� � �>>��

����� ��� �� ��� ����� ���� &� 2� � 5 �� 3� ����� ,'

;!###< '!##=''(#�

9#: 2� ���������� A��� ���P ��� 3����� ������� ���� 5K� +�

2���� ��+ L��� !#H#�

9!(: ��M� D � �� �� ������ � 2� � 3� ����� �� -���� -�+�

2���������� ��+ L��� !#%(�

9!!: B�&� 5���+�>� 1�5� �� ��+� K�1� ��������� �2� D�������

2 ���� � ������ � 2� � 3� ������ B����� ��+ L��� !#%%

;4� ���� "<�

9!': �� ������� � 1/�� � ��� ���� � �+��������� � ���������������� D��0� 3������ 0�� ������ � 5�� �� � 1�����������

0��> 1���� Q���������� �>���� 3������ !##8�

9!8: �� ���� ���� )� ��� 0�P� ���� ) ����� � ��������

������ �� �������� ��� ����������� �������� ������ 2� �

3� ������ D �� A 8, ;!##%< ,(!=,!H�

9!,: 1� A �� �� 4����� ��������� �� ��� � �+ ������ ��������

1*�� 3����� -���� ��� !# ;!###< 'H=88�

9!?: 5� 4��� 2��� L� K� L ��� &��� P��� 0��� ���� 5� �����

����� � ��������� ��� .+ �� �� � �� ����� � ��������� �

� �� ���� �� ���� &� 2� � 5 �� 3� ����� ,8 ;'(((< !%!!=

!%''�

9!": �1� 5 ���� 5�-� A� ��� -�4� ������ 3�������� ���� �� � ���

�� � �� ����� � ����� ���� ��� &� 2� � 3� ������ 3� ��� )�51

!(! ;!#H#< ?'!=?'?�

8#" )2 !���������� ,2 !�������� 3 �.���������� ����� ��# 4���# ,������ 5� 65���7 �8�9�:;