冷气预旋诱导涡系重构气膜冷却机理研究

为了揭示不同进气腔配置诱导涡系重构对气膜冷却效果的影响,在圆柱形气膜孔的基础上研究了三种不同冷气腔结构以产生不同的进气预旋气膜冷却流动结构,并对三种冷气腔在吹风比分别为0.5、1.0、1.5、2.0的条件下进行了对比研究。结果表明:在低吹风比时,冷却气体出射动量小,三种进气方式的气膜冷却效率相当。随着吹风比的增加,进气预旋气膜冷却的优势逐渐显著。在吹风比为2.0时,原始进气冷却流体出射动量大且分布均匀,形成了强肾形涡,气膜冷却效率最低;第一种进气射流在孔上游形成一低动量区,该区域冷气与高温主流相互作用后绕开高动量区冷气射流后贴附壁面,在下游冷却效果明显;第二种进气冷却流体以单向旋涡的结构喷出,在下游形成一侧旋涡"压"着另一侧旋涡的流动形式,使被压旋涡中冷气更好地贴附壁面,射流侧向速度大,扩大了射流展向覆盖区域。相对于原始进气,第一种进气和第二种进气的平均绝热气膜效率,在吹风比为1.0时,分别提高了约10%和25%,在吹风比为1.5时,分别提高了约50%和550%。

孔内“喷射现象”影响气膜冷却流动传热机理

为了揭示气膜孔内不同"喷射现象"对气膜冷却流动传热的影响,在相同射流角基础上选取7种不同进气角的冷气腔以改变气膜孔内的"射流效应",并对7种冷气腔在不同吹风比条件下进行了对比研究。结果表明:当进气角不为0°时,不同进气角会在气膜孔内产生不同的"喷射现象"。低吹风比时不同进气角的气膜冷却效率相差不大。随着吹风比的增加,不同进气角时的冷却效率存在很大差别。在吹风比为1.5,进气角不大于0°时冷气在孔外形成了强肾形涡;而当进气角大于0°时冷气在与高温主流相互作用后,上游低动量区的冷气会绕开下游高动量区冷气后贴附壁面,增大涡对之间的距离从而减弱相互增强的效应。相对于原始冷气腔,在吹风比为1.5,进气角为15°和30°时的平均气膜效率分别提高了约130%和70%。