高温透平叶片冷却：矩形通道内扰流片的流动与传热数值分析

"有扰流片的矩形通道内空气流动和传热过程的数值模拟 (2002年)" 本文是一篇工程技术领域的论文，详细探讨了有扰流片的矩形通道内空气流动和传热过程的数值模拟。研究背景是针对高温透平叶片尾部区的内部冷却需求，该区域的冷却对透平的安全和效率提升至关重要。作者通过数值模拟方法研究了两种不同排列方式的扰流片——顺排和错排——对空气流动和传热的影响。 计算结果显示，在相同的雷诺数条件下，错排扰流片相较于针肋和顺排扰流片，其阻力系数增大了约2%，而冷却效率分别提高了约50%和9%。这表明错排扰流片在提供更高冷却性能的同时，也带来了更大的流动阻力。这一发现对于优化叶片冷却结构设计具有重要意义。 论文首先介绍了透平叶片冷却技术的重要性，特别是在高进口温度下的燃气透平中，叶片冷却技术对于确保安全运行和提高效率不可或缺。在叶片尾部，由于几何形状的限制，冷却设计尤为复杂。文章特别关注了带有扰流体的弦向通道强化冷却方法，其中针肋是最常见的扰流体形状。然而，长径比较高的针肋虽然能增强换热，但也增加了流动阻力和制造难度。 论文中，研究人员采用了二维、定常、不可压缩的紊流模型对流道内的流动进行模拟，这是对复杂叶片内部冷却流道流动特性和传热规律的简化处理。数值模拟方法在此领域的应用极大地推动了叶片冷却技术的研究进展。 此外，论文还引用了其他研究者的相关工作，如刘长春等人对二维不可压缩流动的假设，刘东等人用方柱代替针肋的计算，以及Noot等人的简化叶片冷却计算模型，展示了数值模拟方法在这一领域的广泛影响和应用。 总体而言，这篇论文深入研究了扰流片在矩形通道中的流动和传热特性，为优化透平叶片冷却设计提供了有价值的理论依据，有助于提高叶片的冷却效果和整体性能。