【摘 要】
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热障涂层在涂敷过程中会导致涡轮叶片表面粗糙度增大,而粗糙度的变化势必会对叶片的气膜冷却特性造成影响。为阐明热障涂层造成的涡轮叶片表面粗糙度增大对气膜冷却的影响机理,通过试验和数值模拟相结合的方法研究了表面粗糙度对气膜冷却的影响。获得了表面粗糙度分别为0.2μm、5μm、15μm时,涡轮叶片吸力面和压力面在吹风比分别为0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5下的气膜效率与换热系数二维分布
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热障涂层在涂敷过程中会导致涡轮叶片表面粗糙度增大,而粗糙度的变化势必会对叶片的气膜冷却特性造成影响。为阐明热障涂层造成的涡轮叶片表面粗糙度增大对气膜冷却的影响机理,通过试验和数值模拟相结合的方法研究了表面粗糙度对气膜冷却的影响。获得了表面粗糙度分别为0.2μm、5μm、15μm时,涡轮叶片吸力面和压力面在吹风比分别为0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5下的气膜效率与换热系数二维分布。结果表明:（1）表面粗糙度增大,涡轮叶片表面的换热系数随之增大。在各个吹风比下,粗糙度对涡轮叶片压力面和吸力面的换热系数均有强化作用,最大使换热系数整体提高了约14.8%。（2）出口附近区域气膜效率受粗糙度的影响较大,下游较远处气膜效率受粗糙度的影响较小。这是由于出口附近二次流和主流剧烈掺混形成了复杂的涡系,而粗糙度对这些涡系的影响十分明显。（3）小吹风比时,气膜效率随粗糙度的增大而减小;大吹风比时,气膜效率随粗糙度的增大而增大。小吹风比近壁区流速低使单位距离内主流与二次流换热时间变长,同时湍流度增大也会增强换热,导致气膜效率减小;大吹风比湍流度高有利于抑制流动分离提高二次流的贴附性,使气膜效率增大。（4）吹风比从0.25增大到0.75时,换热系数减小;吹风比从0.75增大到1.5时,换热系数增大。小吹风比时,二次流紧贴壁面对边界层破坏严重。吹风比增大,二次流逐渐远离壁面,对边界层扰动减弱换热系数减小。吹风比继续增大,肾形涡对强度增大对边界层扰动增强导致换热系数增大。
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