旋转动叶内冷通道流动换热规律研究：数值模拟

"旋转带肋回转通道流动换热数值模拟 (2014年) - 西安交通大学学报 第48卷第2期" 这篇论文深入探讨了涡轮动叶旋转内冷却通道中的流动换热特性。研究人员选择了动叶内通道的相似放大模型，通过实验和数值模拟的方法进行了详尽的研究。实验条件设定为通道进口雷诺数Re为17000，出口流量分配比为1:2:1，旋转半径与水力直径比为46.4，考虑了两种旋转状态，即无旋转（旋转数为0）和旋转数为0.09的情况。 实验结果显示，当通道旋转时，原本的涡结构发生偏移，导致速度场分布发生变化。特别是在受到哥氏力影响的壁面上，流速显著增加。哥氏力是由地球自转产生的附加力，它在此处的作用是使流体偏向一侧，从而影响流动模式。另一方面，由于旋转产生的离心力，径向出流的沿程静压系数逐渐增大，而径向入流的沿程静压系数则快速下降，这反映了旋转对通道内部压力分布的影响。 数值模拟进一步揭示了肋扰流涡对流动换热的影响。肋片的存在产生了扰流，导致沿程展向平均努赛尔数Nu呈现出多波峰的分布，这表明肋片显著增强了换热效率。同时，转弯回流涡在通道转弯部位引起Nu的不对称分布，揭示了通道几何形状对换热不均匀性的影响。 此外，旋转效应使得通道内的流体更偏向于哥氏力指向的壁面，这增加了径向出流压力面以及径向入流吸力面的Nu值，暗示旋转可以有效提升冷却效率。这些发现对于优化涡轮叶片内部冷却设计，提高发动机性能具有重要意义。 关键词涉及到的关键技术点包括涡轮叶片的内部冷却、带肋结构、旋转效应、对流传热以及数值计算方法。这些研究内容对于理解涡轮叶片在实际运行中的热管理机制至关重要，并且对航空动力机械工程领域的设计和优化提供了理论支持。 该论文通过实验和数值模拟相结合的方式，深入研究了旋转条件下带肋内冷却通道的流动换热特性，揭示了旋转、肋扰流以及通道几何形状对换热性能的具体影响，为提高涡轮叶片的冷却效率提供了有价值的理论依据。