题目：转子叶片缘板流动与换热研究

随着涡轮进口压力和温度的提高，涡轮热端部件的热环境越来越恶劣。对于热端部件之一的端壁来说，由于小展弦比，小稠度涡轮叶栅的设计，端壁暴露在燃气中的面积越来越大，其冷却问题也愈加受到重视。而且端壁存在马蹄涡、横向跨流等复杂的二次流现象，二次流不仅使得端壁局部区域换热强化，而且使得整个端壁上换热分布复杂，难以冷却。对于发动机热端部件这个“热流体-固体-冷流体”热系统来讲，要降低固体温度，可行的办法有：降低冷流体温度；增加冷流体侧换热系数；减小热流体侧换热系数。冷流体侧措施涉及“内冷技术”；热流体侧主要涉及气膜冷却。本文即是研究端壁燃气侧的流动换热及气膜冷却。本文首先用方程无量纲化方法研究了带气膜冷却的跨音速高压转子端壁的流动换热的影响因素。这些因素包括涡轮进口Re数，出口Ma数，壁面燃气温度比，冷气吹风比，冷气吹风角度。然后数值模拟了3倍放大模型跨音涡轮的端壁流动与换热。描述了端壁二次流结构。其中前缘马蹄涡及分支、通道跨流是二次流最主要的内容。而且二次流受到主流压缩波的影响。二次流导致了端壁复杂的换热分布，其中有四个强换热区域：前缘马蹄涡及分支区域，通道压力面侧，压缩波后亚音区域，尾缘区域。涡轮进口Re数增大，端壁换热增强；出口Ma数增大，端壁换热减弱。了解端壁流动与换热的基础上，对端壁压缩波后强换热区域进行了冷却研究。发现气膜孔应该布置在压缩波处，而且不能太靠近吸力面侧，这样才会形成好的贴壁气膜。这验证了当前涡轮气膜孔布置的合理性。模拟发现当气膜孔吹风比为3时，端壁冷却效果最好。涡轮上游区域可以用封严缝出流气膜冷却。模拟发现，封严缝气膜出流对于涡轮前缘有非常好的冷却效果。多状态模拟发现：当冷气周向进气角与主流相同，径向角度为30°，吹风比为1.18时，缝出流气膜冷却效果最好，可以覆盖到整个端壁。本文还对低速下的放大模型进行了瞬态实验设计。发展了一种新的半无限大瞬态实验方法：“线性初始温度法”，并且详细讨论了误差传递，为实验做了重要的指导。在新建的实验台上完成了预备实验，得到了好的定性结果。