低雷诺数涡轮气热耦合仿真及被动优化技术研究

针对低雷诺数下涡轮发动机气动效率低、热负荷高的问题,以带有径向冷却通道的NASA-MarkⅡ型高压涡轮导叶为研究对象,开展基于凹槽和球窝的被动优化技术研究。利用计算流体力学(CFD)数值模拟技术,对NASA-MarkⅡ进行全三维气热耦合仿真计算,结合已有NASA实验数据进行验证。结果表明:在换热特性方面,低雷诺数条件下凹槽叶形可以有效改善叶片叶根附近流体的换热特性,降低叶根处的热负荷,凹槽深度越大,换热特性的优化效果越明显;在气动性能方面,球窝结构的叶形优化效果更好,其中深径比小、深度大的球窝叶形减小总压损失的效果显著。