题目：带有气膜出流的涡轮导向叶片外换热特性研究

在现代高性能航空发动机设计中，涡轮导向叶片的冷却问题逐渐引起了人们的关注。导叶叶栅通道复杂的流动与换热现象,使得这一区域的气膜冷却难以有效实施。经研究发现，采用全叶片开设多排气膜孔，并以较高的吹风比喷射冷气的这种气膜冷却方式可以对整个涡轮导向叶片实现较好的冷却和保护。利用数值模拟的方法，研究了4倍放大模型跨音涡轮的导叶叶栅通道流动与叶片表面换热特性。描述了导叶叶栅二次流结构，而且二次流受到主流压缩波的影响。进一步研究了进口Re数和出口Ma数下对导叶叶栅通道的流动和换热的影响，发现涡轮进口Re数增大，导叶外换热增强；出口Ma数增大，导叶外换热减弱。在了解叶栅流动与换热的基础上，对叶片表面强换热区域进行了冷却研究。发现气膜孔布置需要充分考虑主流流动结构和发动机的工况，这样才会形成好的贴壁气膜。针对一种改进的导叶叶片表面全气膜孔布置，模拟了高负荷工况下的气膜冷却效果，验证了当前涡轮叶片气膜孔布置的合理性。本文还对低速下的放大模型进行了瞬态实验设计。利用一种新的半无限大瞬态实验方法：“线性初始温度法”，初步得到了低速状态下，叶片外表面换热特性，对于叶片全气膜冷却的工程设计给出合理的建议。