带肋曲面双层壁偏转内流与传热冷却特性数值研究

摘要

针对带肋双层壁在曲面部件应用时，偏转内流与非均匀出流交互作用机理和传热冷却特性不明晰的问题，采用共轭传热方法对比分析了凸面、平面和凹面带肋双层壁在5种吹风比下狭窄内腔流动、非均匀出流和综合冷却特性。将平面带肋计算结果与实验结果进行对比，验证数值计算的准确性。通过横向平均综合冷效等参数，分析不同结构及吹风比下的气膜冷却和冲击冷却性能。通过无量纲速度、温度和流线，分析气膜、冲击冷却与偏转内流的耦合关系以及双层壁流阻特性。数值结果表明：降低冷气量要求下，冷效较高的吹风比为0.6;在冲击腔室内，肋柱近冲击驻点一侧冷效较高，近气膜孔侧流动分离导致冷效较低，带肋双层壁流速比无肋结构快且流线更具规律性；凸面双层壁气膜孔出流冷气在外壁贴壁效果最佳，凹面双层壁气膜孔出流冷气脱离壁面进入主流较多；吹风比为0.6时，凸面双层壁面平均综合冷效比凹面提高了约8.09%。该研究可为透平叶片曲面带肋双层壁结构的冷却设计和性能分析提供理论依据。

关键词

带肋双层壁 / 曲面双层壁 / 偏转内流 / 气膜冷却 / 冲击冷却

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52406053); 国家资助博士后研究人员计划资助项目(GZC20241345)