论文摘要：涡轮叶片尾缘复杂通道的流阻与换热的数值模拟

涡轮叶片冷却技术在现代航空发动机研究中发挥着越来越重要的作用。目前国内外开展了大量关于涡轮叶片尾缘内冷通道流动与换热问题的研究，得到了各种简化模型下诸多问题的规律，但是对于真实工况和几何尺寸下涡轮叶片尾缘内冷通道的研究却严重缺乏。本文通过数值模拟的方法，研究了真实工况和几何尺寸下旋转、温度比、转角，进气比等因素对涡轮叶片尾缘通道内流动和换热的影响，并在此基础上分析了旋转状态下离心力和哥氏力对通道换热的影响机理。研究发现：对于高速旋转状态下的涡轮叶片尾缘通道，由于横肋和扰流柱的存在，扰流以及尾迹区三维涡的形成和脱落，通道内的局部流动结构非常复杂，由哥氏力引起的通道横截面上的二次流主要对通道顶部区域的换热有增强作用，最大相对增长量约为63%。改变通道外壁面的加热温度将引起通道内密度的变化，由此产生的浮升力使得通道壁面附近的热流体的流动受到阻碍，平均流速降低，流体与换热表面的热交换能力下降。当通道横截面中心线与旋转轴夹角为β时，哥氏力将与通道前后缘面法向成β角，通道内的流动与换热必将受到影响，随着转角的增大在通道扰流柱区前缘面出现了局部回流，从而换热减小。对于静止状态下两腔设计的尾缘通道，共有两股进气，一股冷气从通道底部进入扰流柱区，另一股冷气流经直通道后从顶部进入扰流柱区。适当调节两股进气的流量，可有效地改变冷气在通道内的流动，从而提高冷却效率。在不改变通道总冷气用量的前提下，增大顶部进气，通道的换热增强。

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