插芯结构对旋流冷却流动换热特性的影响

何伟; 肖俊峰; 高松; 李园园; 于飞龙; 伍赫

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (1) : 105 -115.

插芯结构对旋流冷却流动换热特性的影响

何伟, 肖俊峰, 高松, 李园园, 于飞龙, 伍赫

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摘要

针对用于透平叶片前缘的旋流冷却结构，为了改善其冷气发展空间、提高综合冷却性能，提出了一种布置在冷却腔内的插芯结构。基于简化旋流冷却结构，采用数值模拟方法研究了插芯结构对旋流冷却靶面换热系数、综合冷却性能、流量分配、流动结构等的改善效果和作用机理。结果表明：增设插芯结构后，在射流雷诺数5 000～20 000范围内，旋流冷却结构的靶面面积平均努塞尔数增加了5.9%～8.3%,综合冷效因子增加了5.2%～6.6%,吸力侧努塞尔数提高了14.8%～16.6%,相邻喷嘴间流量的最大差从18%削减到5%。插芯结构削减了上游射流在旋流腔轴心处的发展空间，抑制了旋流回流和旋流涡核的形成，降低了上游冷气对新鲜射流的干扰，强化了旋流对壁面边界层的削弱效果，从而有效增加了旋流结构的一致性并提高了靶面换热系数的强度和均匀性。