The effect of the nozzle geometry on the heat transfer rate of a confined turbulent impinging jet is investigated numerically. The open source code CFD program OpenFOAM is employed to conduct the numerical simulations. The turbulence is modeled through the RANS approach using the k-$omega$-SST-model. Numerically obtained Nusselt number distributions are compared to experimental findings. It is shown that predictions of the Nusselt number distributions are significantly improved when the nozzle geometry of the jet is included in the simulations. The improvements are more pronounced at higher Reynolds numbers. Separation phenomena inside the nozzles are observed and analyzed. Axial velocity and kinetic turbulence energy profiles at the nozzle outlet of simulations comprising nozzle geometry are compared with those of simulations with a uniform velocity inlet boundary. The effect of nozzle length is investigated numerically. It is shown that when the nozzle length is shorter than the reattachment length the overall heat transfer rate of the confined impinging jet is enhanced. The effect of inlet rounding of the nozzle is studied. The rounding of the inlet lessens separation, which in turn leads to an overall decrease in heat transfer.
노즐 형상이 난류 국한충돌제트의 열전달률에 끼치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 오픈 소스 코드 전산유체역학 프로그램인 오픈폼으로 수치적 시뮬레이션을 수행하였다. 난류는 RANS 방법을 이용하여 근사하였으며 k-$omega$-SST-모델을 사용하였다. 수치적으로 계산한 누셀트 수 분포도를 실험 데이터와 비교하였다. 노즐 형상을 시뮬레이션에 포함했을 때 수치적으로 누셀트 수 분포도를 보다 정확하게 예측할 수 있었다. 이 영향은 특히 레이놀즈 수가 높은 경우에 더 두드러지게 나타났다. 노즐 내의 유동 박리 현상이 관측되었으며 이를 분석하였다. 노즐 출구에서의 축 방향 유속과 난류 운동 에너지 분포를 노즐 형상이 구현된 경우와 균일한 속도 분포로 경계 조건을 주어진 경우에 대해 비교하였다. 노즐 길이의 영향을 수치적으로 조사하였다. 노즐 길이가 유동의 재부착점보다 짧을 때 전반적으로 국한충돌제트의 열전달률이 높은 것으로 나타났다. 노즐 입구의 라운딩의 영향을 조사하였다. 노즐 입구의 라운딩은 박리 현상을 감소시키고 그에 따라 전반적으로 열전달 또한 감소하는 것으로 나타났다.
