全气膜多孔层板冷却技术集冲击冷却、对流冷却、气膜冷却为一体,具有消耗冷气量少、冷却效率高的优点,具有很广阔的应用前景。 本文通过实验的方法测量分析了层板叶片外表面全气膜冷却的换热系数和冷却效率:用数值模拟的方法对层板结构的综合冷却效果、流体固体域的温度、流场和各壁面的换热特性进行了研究分析。 在全气膜叶片实验部分,设计制造了两个叶片。其一是光滑的叶片,用来测量叶片表面的静压;另一个在型面上布置了53排气膜孔,用以测量叶片外表面的换热系数和冷却效率。在主流雷诺数Re_∞=100,000～300,000范围内对叶片外表面的静压进行了测量,得出了型面的压力分布和速度分布。在静压测量的基础上,雷诺数和吹风比分别为100,000～300,000,0.5～2.0时,对叶片全气膜冷却的换热系数和冷却效率进行了测量,有以下几点结论:(1)换热系数随着雷诺数和吹风比的增加而增加。在压力面上吹风比对换热系数的影响更大一些,而在吸力面上雷诺数对换热系数的影响更大一些。(2)无气膜孔出流时所测得的换热系数规律与有气膜孔出流时换热系数的规律基本一致。(3)与无气膜孔出流时相比,压力面上的换热系数增加的幅度大于吸力面上换热系数增加的幅度。在吸力面上气膜孔的出流强化了换热;而在压力面上,大吹风比时与吸力面相同,小吹风比时,气膜孔的出流减弱了换热。(4)在叶片前缘和中部,气膜冷却效率沿流向快速增加到最大值,而后冷却效率沿流向减小,冷却效率可高达0.6。 在层板数值模拟部分,应用商业软件对一种典型层板结构选取多个单元进行了流固耦合传热计算。获取了层板内的流场、固体域和流体域的温度,层板各壁面的换热系数以及层板的综合冷却效果。数值计算结果表明层板强化换热主要集中在内部表面,从燃气侧传入层板的热量大部分被通道内的冷气带走,气膜孔内冷气带走的热量比重较大,冷气侧冷气带走的热量所占比重很小,冲击孔内冷气带走的热量所占比重最小。