伴随着燃机透平工作温度越来越高,为了对燃气轮机的安全运行给予保证,内部冷却便成为燃气轮机高温涡轮叶片的不可或缺的冷却方式之一。内部冷却需要在叶片内部布置大量的冷却通道,U型通道作为叶片内部冷却通道的基本单元,既包括单通道的流动换热特征,又具有多通道的复杂性,是研究叶片内部冷却通道的理想模型。而且U型通道内部扰流结构的引入使流体的流动更为复杂,给其内部的流动传热特性带来十分大的影响。因此,掌握U型通道内部的流动传热机理、分析不同扰流结构对U型通道流动换热特性的影响,不仅对燃机透平冷却技术来说至关重要,还可以为未来新型冷却通道的设计及数值分析奠定一定基础。本文以某U型冷却通道为研究对象,利用数值模拟方法对其流动传热机理进行系统地研究。并在U型通道中加入不同的扰流结构,分析其对U型通道的传热系数及流动损失带来的影响,具体研究内容包括以下几个方面:1.以某实验用U型冷却通道为基准,建立相同尺寸的数值模型。针对目前常用的雷诺平均N-S方程方法的计算能力与效果进行全面的评估,为U型冷却通道流动及换热特性的研究提供可靠的数值模拟方法。2.利用标准k - ε模型对某带肋U型通道的流动换热特性进行数值模拟,并将其计算结果与实验值进行全面的比较,进一步分析其流动换热机理。3.将原有模型的扰流结构进行改变,同时将肋片和凹坑两种扰流结构引入到U型通道中,并对其进行数值研究。通过对带不同结构的U型通道的流动换热特性进行分析,分别得出肋片及凹坑的强化换热机理以及对流体产生的阻力损失情况。对肋片和凹坑的布置进行整合,从而优化U型通道的冷却结构,获得更好的综合传热效果。4.弯头的存在使U型冷却通道内流体的流动情况极其复杂,研究不同结构下流体在弯头区域的流动情况以及对通道传热系数和损失系数造成的影响。同时对不同雷诺数下每种模型通道的流动换热情况以及弯头区的流动换热情况进行分析,更全面地探索影响U型通道的冷却换热能力的因素。