旋转涡轮叶片气膜冷却特性的数值分析

"旋转态交错孔排气膜冷却特性的计算研究" 本文深入探讨了旋转状态下涡轮叶片的交错孔排气膜冷却特性，作者杨彬、徐国强、丁水汀和罗翔来自北京航空航天大学能源与动力工程学院。研究通过数值模拟方法，分析了具有不同倾斜角度（30º、60º和90º）的圆柱型交错孔排涡轮叶片模型，以理解在不同平均吹风比、雷诺数和旋转数条件下的冷却性能。 研究发现，冷气流在叶片前缘面受到离心力和哥氏力的共同影响，导致其在高半径处偏离，这会降低壁面的冷却效率。随着雷诺数的增加，壁面上的气膜冷却效率下降，而高吹风比不利于紧贴气膜孔下游区域的冷却。此外，气膜孔的流量系数随着平均吹风比的增大而增大，但随着旋转数的升高而减小。受哥氏力影响，相同工况下，后缘面侧的气膜孔流量系数显著高于前缘面侧对应的气膜孔。 关键词涉及气膜冷却、旋转、冷却效率和流量系数，表明研究关注的是在旋转环境下如何优化气膜冷却的效果。文章指出，虽然气膜冷却在降低涡轮叶片表面温度和热应力方面至关重要，但对其在旋转条件下的研究相对较少。早期的研究多集中在二维平板模型的稳态、静止、不可压流动，而忽略了旋转效应。Dring等人的实验研究表明旋转对流场和换热特性的影响，以及冷气流在压力面上的偏移现象。Jaeyong和Takeishi等人通过实验研究了涡轮叶片前缘区域的气膜冷却效率。 本文的贡献在于通过数值模拟方法，系统研究了不同倾斜角度的交错孔排气在旋转状态下的流动和换热特性，为优化航空发动机高温部件的冷却设计提供了理论依据。这些发现对于提升涡轮叶片的使用寿命和整体性能具有重要意义，特别是在考虑实际运行中的旋转效应时。