【摘 要】
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计算流体力学（CFD）方法通过求解外流的控制方程来预测涡轮叶片边界层区域的流场,其中流场的控制方程是纳维尔-斯托克斯方程,其求解过程十分耗费资源。虽然计算方法与计算机技术都有了很大的发展,但是对于工程的初步设计而言,高效、准确的估算方法依然是工程上追求的目标。本文采用基于流函数方法的边界层方法,通过在流函数分数坐标系下求解二维边界层区域的控制方程来处理复杂的边界层流动问题,使得求解效率得到很大的提
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计算流体力学（CFD）方法通过求解外流的控制方程来预测涡轮叶片边界层区域的流场,其中流场的控制方程是纳维尔-斯托克斯方程,其求解过程十分耗费资源。虽然计算方法与计算机技术都有了很大的发展,但是对于工程的初步设计而言,高效、准确的估算方法依然是工程上追求的目标。本文采用基于流函数方法的边界层方法,通过在流函数分数坐标系下求解二维边界层区域的控制方程来处理复杂的边界层流动问题,使得求解效率得到很大的提升。同时,在边界层方法的基础上,利用动量守恒以及能量守恒,分析覆膜冷却中射流和主流的相互作用,建立求解覆膜冷却的数值方法。具体而言,本文的研究工作主要为以下几点:（1）利用边界层方法模拟不可压缩平板层流以及不可压缩平板湍流,以层流理论结果为比较对象,计算速度边界层厚度、位移边界层厚度、动量边界层厚度、摩擦系数、斯坦顿数以及努塞尔数,发现边界层方法能够很好地模拟不可压缩流动。（2）利用边界层方法模拟可压缩平板湍流,以边界层计算程序TEXSTAN的计算结果为比较对象,计算动量雷诺数、滞止焓雷诺数、摩擦系数、斯坦顿数、努塞尔数、对流传热系数以及热流密度,发现边界层方法能够很好地模拟可压缩流动。（3）利用基于边界层方法的覆膜冷却方法模拟单气膜孔以及多气膜孔平板流,以商业软件COMSOL的计算结果为比较对象,计算气膜孔下游冷却效率,发现本文提出的覆膜冷却方法能够很好地模拟覆膜冷却。（4）分别比较了气膜孔孔径为0.0005m、0.001m以及0.002m,射流入射角为30°、45°以及60°,射流速度为2.5m/s、5m/s以及10m/s,射流温度为500K、530K以及560K时的气膜孔下游冷却效率,发现气膜孔孔径为0.002m、射流入射角为60°、射流速度为10m/s以及射流温度为500K时,射流在固体表面附着的距离最远,冷却效果最好。
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