气膜抽吸与叶片前缘内部壁面射流的作用机制

为揭示气膜抽吸对壁面射流流动与换热的干涉效应，获得壁面射流冷却通道内的流动特性与换热特性，建立了涡轮叶片前缘带气膜抽吸的单通道壁面射流冷却计算模型。采用RANS方法，结合SST k-ω湍流模型，研究了气膜抽吸、射流雷诺数、气膜孔位置和数量等因素对壁面射流内部冷却特性的影响机制。结果表明：气膜抽吸会大幅提高流动结构的稳定性，气膜孔入口的分离涡则会显著提高孔口附近的换热系数；气膜抽吸引起壁面射流流量的降低不利于靶面下游的冷却，但滞止区和通道内的流动损失降低幅度大于气膜孔内的掺混损失，从而使整体流动损失系数降低了4.5%;射流雷诺数的增加会提高换热强度，但对流动结构几乎没有影响；单孔结构中，在前缘滞止线处开孔能够提供最高的气膜流量比，且对前缘内部靶面的冷却效果良好；多孔结构中，双气膜孔结构的流动损失最大，三气膜孔结构的流动损失和换热强度最为均衡。研究结果可为壁面射流冷却结构的气膜孔布置提供依据，为进一步提高壁面射流冷却结构的冷却效果提供参考。