旋转数对凸面气膜冷却效果的实验探究：影响与趋势

本文档标题为"旋转数对凸表面气膜冷却影响的实验分析 (2009年)",发表于2009年7月的《北京航空航天大学学报》第35卷第7期。作者赵振明、吴宏伟、丁水汀和徐国强来自北京航空航天大学能源与动力工程学院，他们主要研究了在旋转工况下，凸表面气膜冷却效率ηad和换热系数hι的分布规律，以及旋转数Rt（定义为叶轮转速ω乘以直径D除以外部流体速度u∞）对这一过程的具体影响。 实验研究采用圆弧模型作为基础，通过先进的液晶测温技术来精确测量叶片表面温度，这体现了实验的科学性和准确性。研究发现，随着转速的增加，旋转离心力和哥氏力的作用下，气膜冷却轨迹会显著地向凸面的高半径方向偏移，这种偏移现象与转速成正比。这种偏移不仅影响了冷却效率，还可能导致冷却效果的非均匀性。 实验结果显示，旋转实际上降低了气膜冷却效率ηad，意味着在相同条件下，相比于静止状态，旋转时热量传递的效果减弱。然而，另一方面，换热系数hι有所上升，这可能是因为旋转增加了流体湍流程度，从而增强了局部的热交换能力。这种看似矛盾的结果反映了旋转对气膜冷却的复杂动态影响。 更深入的研究还揭示了一个关键现象：在旋转状态下，气膜可能发生分离再附壁的过程。这可能是由于流体流动特性变化和边界层行为的改变，导致冷却介质在接触表面后不是持续贴附而是暂时分离，随后重新附着。这种现象对于理解气膜冷却过程中的流动阻力、热转移机制以及可能的优化策略具有重要意义。 这篇论文提供了关于旋转条件下凸表面气膜冷却性能的重要实验数据和观察结果，对于理解高温环境下旋转机械的冷却策略和技术改进具有重要的科学价值。对于从事热交换、流体力学或航空发动机等领域的研究人员来说，这是探索提高冷却效率和优化设计的关键参考文献。