● 摘要
国内外开展了大量涡轮叶片内部换热问题的研究，并得到了一定的研究成果，为实际涡轮叶片设计提供了依据。与此同时，相关的数值模拟研究严重缺乏，实验研究得到的结论说法不一。本文在北航402教研室前期实验研究的基础上，以带有四个扰流肋和9个气膜孔的矩形通道为研究对象，采用数值模拟和实验研究相结合的方法，对带有肋和气膜孔的矩形通道内换热问题进行了深入研究。本文首先以三个不同气膜孔位置的单孔模型为研究对象，分析其气膜出流强化孔边换热规律。结果表明，气膜出流强化换热的影响区域主要在孔的下游，孔上游的强化范围较小。同时，通过改变孔和肋的相对位置、开孔大小以及气膜出流比等，展开了不同工况下单元内换热效率的研究。研究表明，气膜孔和肋的相对位置与单元内平均换热效率密切相关，其中肋后孔的强化换热效果最好，肋中孔次之，肋前孔最差。气膜出流比和进口雷诺数与单元强化比的关系密切，在所研究的工况范围内，强化比随出流比的增大而增大，随雷诺数的增大而减小。气膜孔的大小对单元强化比的影响较小。最后，本文在单元内有多个孔的模型上，通过改变孔的数目和位置关系，对多孔情况下的气膜出流强化单元内换热规律进行了研究。结果表明，对于两孔模型，两个孔均处于肋后的强化换热效果好于其他任意两孔的组合；对于三孔模型，三个孔均处于肋后的换热效率最高。肋后开孔时，三个孔的换热效果要略优于两个孔，两个孔要优于一个孔。