题目：气冷涡轮叶片的三维非定常流热耦合数值研究

气膜冷却作为一种有效的保护手段被越来越多的应用到燃气轮机叶片上。由于燃气透平内部流场的复杂性，使得气膜冷却效果受到许多因素不同程度的影响，其中一个重要因素是来自上游静叶的非定常尾迹传播的影响。静叶尾迹导致自由流产生周期性变化的非定常速度场和温度场，进而影响下游动叶气膜冷却效果，因此进行静叶非定常尾迹及其对动叶气膜冷却影响的研究，对叶轮机械的优化设计具有重要的意义。

首先，本文采用数值模拟获得E3高压涡轮叶片第一级静叶叶片表面的马赫数和静叶进口、静叶出口及动叶出口三个位置的静压与总压之比，并将计算结果与NASA报告给出的实验数据进行分析对比，验证了本文计算方法的正确性和可靠性。之后对E3高压涡轮实心叶片进行模拟计算，分析叶片表面温度场、压力场和马赫数的分布特点，为冷却结构的设计提供参考。

其次，根据实心叶片的计算结果，在动叶叶片上加入内部冷却腔结构，顶部开设一排气膜孔，其大小和冷气流量都依据NASA报告给出的数据进行折合换算，计算结果同样可作为进一步改善的依据。然后在上述讨论的基础上，在动叶叶片前缘、压力面和吸力面共开设五排气膜孔，对涡轮叶片进行全场气膜冷却的流热耦合数值计算，分析冷却效果和总压损失情况。

最后，采用源项法研究静叶非定常尾迹对动叶气膜冷却效果的影响。其中利用源项法，即在叶片表面气膜孔位置相对应的网格点上添加质量源项、动量源项和能量源项，无需对冷却流动喷射的通道进行网格建模。同时为了减少计算量，用圆柱代替静叶叶片模拟尾迹。通过非定常周期内温度、压力和中径马赫数的分布情况研究尾迹的非定常特性，分析非定常尾迹对动叶气膜冷却效果的作用机理，为高压涡轮叶片冷却设计和进一步研究静叶尾迹的非定常特性提供参考依据。