带造型凹坑孔的平板气膜冷却特性研究

作     者：张子寒 何坤 晏鑫 ZHANG Zihan;HE Kun;YAN Xin

作者机构：西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2020年第54卷第7期

页      面：84-93页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51306138) 陕西省自然科学基金资助项目(2018JQ5109) 

主　　题：气膜冷却 凹坑 吹风比 肾形涡 

摘      要：设计了一种造型凹坑冷却孔结构,采用数值求解雷诺平均Navier-Stokes方程的方法,研究了造型凹坑孔结构对平板气膜冷却性能的影响,并利用已有的实验数据考核了数值方法的有效性。通过计算得到了6种吹风比、3种凹坑深度条件下带造型凹坑孔的平板气膜冷却性能,并与常规圆孔进行了对比。研究结果表明:在考核的7种湍流模型中,Realizable k-ε湍流模型可以较好地模拟平板壁面的冷却性能;造型凹坑孔可以产生一对阻碍肾形涡发展的反向旋涡,降低冷却流体与高温主流的掺混作用,增加冷却流体在周向上的覆盖,从而提高气膜冷却效率;相比于常规圆孔结构,造型凹坑孔可以有效地提高轴向中心线及周向平均气膜冷却效率,在不同吹风比条件下,造型凹坑孔的气膜冷却效率在轴向长度为3倍孔径的区域提高了20%~200%,在3倍到10倍孔径的区域提高了10%~25%;在所研究的3种凹坑深度中,凹坑深度为圆孔直径的0.7倍时平板气膜冷却性能最优。