题目：旋转条件下侧向出流楔形冷却通道研究

先进涡轮叶片冷却技术对于当今航空发动机至关重要。在这一背景下，本文针对涡轮转子叶片尾缘冷却通道的简化模型为研究对象，通过实验方法对该类通道在旋转情况下的流动与换热机理进行了研究。尾缘冷却通道有四个主要特点：楔形横截面、圆柱扰流、侧向出流、大几何方位角。上述四个因素的同时存在显著提高了对于该问题的分析和研究难度。因此，为了完整、系统的研究该问题，本文甄选了三枚几何模型构成了尾缘冷却通道研究的体系：（1）光滑二程方截面通道（U形通道）；（2）侧向出流楔形截面光滑通道；（3）侧向出流楔形截面柱肋通道。

在研究过程中，首先基于对控制方程的无量纲分析，得到了影响定解条件的无量纲数。为了测量旋转通道内的相关参数，搭建了旋转换热实验平台。特别要强调的是，本文所述的实验中均采用经典的“铜块法”测量旋转通道壁面对流换热系数，采用自主设计的旋转压力测量设备研究了旋转通道内的流阻特性。在此基础上，文中以U形通道为例，通过与国外公开文献中报到的类似研究数据作对比，确保了实验平台工作可靠、数据可信。基于大量实验数据，本文发现、总结出了诸多有趣的现象。最后，文中针对这些现象归纳出了可能、合理的物理解释。文中所介绍的大多数实验现象、数据分析和物理解释在国内、外公开文献中均属于首次报道。

       通过对上述模型的实验研究，笔者发现（1）在各类通道中，采用转静参数比均是一种较理想的对于参数标准化的方法。在此方法下可以较理想的分离出雷诺数对于通道换热的影响，简化了所研究的科学问题。（2）U形通道的研究中，发现了径向出流通道中前缘面的临界旋转数与无量纲位置的乘积为一个定值。同时，发现了高旋转数下径向入流通道后缘壁面的换热将超过前缘，这与低旋转数工况下的情形恰好相反。旋转通道内哥氏力和浮力的交互作用是导致上述现象的主要原因。此外，基于大量实验数据，本文中在较大的旋转数范围内得到了同时包含无量纲坐标与旋转数的关联式，发展了一种基于实验现象的独特的经验关联式拟合方法。（3）楔形通道的研究中，通过所设计的“半加热实验”观察到了明显的二维局部主流平均温度的分布。采用逆向思维方式处理本地流量沿程变化规律。基于对于上述细节的妥善处理，笔者发现入口旋转数比本地旋转数更合理的描述了通道中的临界旋转数现象。其次，文中分析了通道壁面换热特性对于几何方位角的敏感性，并发现了几何方位角为98度时为临界值。此外，研究发现高转速下出口边界条件对通道换热的影响非常有限。（4）在带肋或光滑的楔形通道内，近真实通道几何方位角下（几何方位角为135度）旋转通道内的流动与换热特性体现了几何方位角为90度与180度两种较为简单情况下的特征。因此，对上述两种非真实工况下的实验研究非常必要。