着现代航空燃气涡轮发动机效率单位推力断追求涡轮进口温度断提高某军发动机涡轮进口温度已远远超叶片材料熔点涡轮入口温度年均提高20℃速度增加金属耐温程度仅年约8℃速度增加发动机涡轮部件采碳碳复合材料样耐高温材料完全取消冷先进冷高温部件承受更高工作温度发动机寿命更长性更高
实现高效冷措施包括开发新高效冷技术发掘现冷结构潜力合理设计冷结构现冷技术结合起实现高效复合冷等方法燃气轮机涡轮冷系统设计难度：涡轮系统压气机中抽取空气冷种抽气会降低热效率冷系统设计通合理选择冷技术通基冷技术精心组合实现少冷空气量限度降低涡轮叶片壁面高温度温度梯度
现役先进燃机涡轮发动机采冷技术气膜冷击冷强化流冷等实际设计中通精心组织冷空气路径实施高效复合冷针叶片冷部位分表面击冷部通道流换热冷外部冷包括外表面气膜冷发散冷等叶片部叶片做成空心形成冷通道通叶片壁面传入热量冷空气带走叶片外部通气膜孔叶片部部分冷空气导出覆盖叶片表面降低叶片表面热负荷
图11典型冷结构例：叶片部前缘采击冷利高速气流击刷冷前缘壁面达冷目学者认传热强化技术中击射流提高局部传热系数效方法然安排射流结构会削弱结构强度击冷热负荷非常方叶片前缘静叶强度求动叶高静叶中弦区采
叶片部中弦区采粗糙肋强化流冷具体结构带扰流肋冷空气通道扰流肋破坏通道原边界层增强通道湍流强度达增强换热目叶片部尾缘部分叶片厚度较易安排冷方式般采扰流柱强化换热冷具体结构叶片部压力面吸力面间贯穿圆柱通破坏边界层增加气流扰动增强换热叶片外部前缘叶盆部分安排气膜孔部分叶片部冷空
气引叶片表面表面形成冷气膜覆盖降低高温燃气叶片换热强度直接叶片表面进行保护
先进燃气涡轮叶片部冷通道中布置扰流肋通增换热面积冷气流扰动达增强换热效果影响部扰流肋冷效果素肋片形状布置方式气流特性等强化换热技术中击冷效加强局部换热系数冷方法研究发现击冷确实带局部高换热系数冷效果受击孔排布置击孔长孔直径孔目标板距离击孔入口出口跨流情况等素影响
流冷通道研究相似复合冷冷通道关研究针方面：测量通道流动换热特性通特**构中流动换热详细测量掌握机理分布特征结构设计优化提供指导
研究针具体结构方面带肋扰流结构通道流动换热研究燃气涡轮发动机实际冷设计紧密联系避免强化燃气涡轮发动机冷时击射流气膜冷技术未获广泛应较早研究通常针带肋出流冷通道着冷求提高种冷方式广泛应年关带肋击射流气膜出流孔通道研究逐渐增
通道中肋存通道中原流动边界层破坏出现分离附着回流等流动区域种复杂流动法解析方法研究带肋通道中流阻换热特性较早关带肋通道研究集中实验方法获流动阻力通道中心线换热数整理验半验流动换热准关联式研究中Webb针肋角度90°通道鉴壁粗糙流阻换热分析方法利壁面相似理（law of the wall similarity）建立流动阻力计算方法利热量动量传递类理（heatmomentum transfer analogy
）建立换热计算方法通改变肋距肋高根实验数拟建立半验实验关联式Han利样研究方法研究肋形状肋角度肋距肋高等素流动换热影响建立流阻换热半验实验关联式
高性肋研究方面提高肋流动扰动获更换热强化效果通结构更复杂肋实现根前研究认斜肋诱导更涡换热增强间断肋V形肋连续贯穿肋诱导更涡研究行布置肋断续肋V形肋等肋片形式壁面肋差排排交叉排列等排列形式流动换热影响研究表明形式带肋通道换热流分布趋势连续肋类似带肋壁面均换热强化程度雷诺数升高降低光滑壁面通道均换热强化程度雷诺数变化敏感阻力雷诺数变化敏感60°V形间断肋换热增强效果
国研究中北京航空航天学针带肋变截面通道作量研究工作等截面带肋通道类似肋通道壁面换热增强增强效果低雷诺数更明显肋高增**道阻力增肋高换热影响单调导致强换热效果肋距肋高增增等截面通道通道截面流程变化肋高变流程阻塞（肋距通道量直径）变化造成流壁温明显周期性变化肋角度压力分布影响减肋高出现直肋通道换热高斜肋通道情况针等截面矩形通道邓斌等研究肋角度肋高肋排布方式（交叉行）影响认肋角度越肋越高换热越强阻力越肋交叉排布行排布换热强阻力机理研究方面苑中显通数值模拟研究带肋板附流动换热邓宏武刘传凯苏生数值模拟方法研究旋转状态流动展示哥氏力斜肋诱导二次流情况
气膜冷涡轮叶片冷中广泛气膜孔出流流冷通道影响回避问题方面气膜出流造成流冷通道冷空气减少换热产生利影响方面出流造成部冷通道壁面附边界层状态气流方改变壁热气流通道中心区域冷气流掺混增强流态改变利增强部分壁面换热原针出流冷通道工程数值算法必须详细掌握流动换热强化机理获实验数基础作必改进气膜出流影响研究样历简单复杂程较早研究般流冷通道简化光滑壁通道研究中换热分布采瞬态液晶测试技术采数值模拟方法计算气膜孔入口处流场强化换热机理进行解释
研究模型更加接实际结构Shen研究肋角度90°肋间开气膜出流孔直通道中肋间换热分布Thurman针蜿蜒带肋通道第段气膜孔部分进行研究结果表明：出流作带肋通道气膜孔壁面换热增强作肋出流形成换热分布两种结构独立形成换热分布简单叠加气膜孔肋距中间位置时孔换热强化作明显受游肋阻挡影响范围减孔前肋低换热区受出流作增气膜孔两侧气流边界层出流作旋转进入气膜孔形成偏游高换热区Thurman孔附高换热区分布称倒C型分布Ekkad针带肋气膜孔通道研究出流状态肋形式流动特性换热分布影响认：90°肋造成压力损失60°行肋60°V形肋压力损失相似气膜孔流量系数带肋光滑通道90°肋通道60°行肋60°V形肋通道相似Re增换热增强系数NuNu0减出流孔附强化换热均换热特性出流情况类似通道弯转前第直段60°行肋通道60°V形肋通道60°∧形肋通道换热效果类似优90°肋通道
涡轮叶片冷通道换热研究中换热系数测量重回避容常研究方法体分三类利牛顿冷公式通保证热流密度测量气流壁面温差换热系数类方法中般需测量表面铺设薄膜加热器（热膜）保证热流密度壁面温度采热电偶宽带热色液晶红外热仪等方式进行测量二采传质模拟方法实验件采萘制作通测量实验结束时壁面部分质量交换情况通拟获换热系数三采瞬态液晶测试技术具体讲壁面瞬态换热程中通热色液晶测量壁面温度分布变化程利壁面温度流换热系数第三类边界条件解析关系求解换热系数该技术够进行全表面测量复杂表面较适性精度易实现性优传质模拟法年传热研究方面获越越广
泛应
瞬态液晶测试技术技术特点普遍采CCD数字式摄机液晶图进行采集存储实验时间摄机帧频计算空间位置素点实际模型应关系测量图处理HSI色彩模型进行描述消拍摄条件影响结合校准数获颜色温度关系实验短实验时间研究壁面部处半限导热状态基假设年瞬态液晶测试技术成熟应模拟涡轮叶片完整冷结构换热特性研究成罗尔斯罗伊斯公司涡轮导叶片完整冷结构放模型研究德国MTU公司涡轮工作叶片完整结构研究等实验情况完整结构研究基础冷结构研究更接真实情况结果准确性提高
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实现高效冷措施包括开发新高效冷技术发掘现冷结构潜力合理设计冷结构现冷技术结合起实现高效复合冷等方法燃气轮机涡轮冷系统设计难度：涡轮系统压气机中抽取空气冷种抽气会降低热效率冷系统设计通合理选择冷技术通基冷技术精心组合实现少冷空气量限度降低涡轮叶片壁面高温度温度梯度
现役先进燃机涡轮发动机采冷技术气膜冷击冷强化流冷等实际设计中通精心组织冷空气路径实施高效复合冷针叶片冷部位分表面击冷部通道流换热冷外部冷包括外表面气膜冷发散冷等叶片部叶片做成空心形成冷通道通叶片壁面传入热量冷空气带走叶片外部通气膜孔叶片部部分冷空气导出覆盖叶片表面降低叶片表面热负荷
图11典型冷结构例：叶片部前缘采击冷利高速气流击刷冷前缘壁面达冷目学者认传热强化技术中击射流提高局部传热系数效方法然安排射流结构会削弱结构强度击冷热负荷非常方叶片前缘静叶强度求动叶高静叶中弦区采
叶片部中弦区采粗糙肋强化流冷具体结构带扰流肋冷空气通道扰流肋破坏通道原边界层增强通道湍流强度达增强换热目叶片部尾缘部分叶片厚度较易安排冷方式般采扰流柱强化换热冷具体结构叶片部压力面吸力面间贯穿圆柱通破坏边界层增加气流扰动增强换热叶片外部前缘叶盆部分安排气膜孔部分叶片部冷空
气引叶片表面表面形成冷气膜覆盖降低高温燃气叶片换热强度直接叶片表面进行保护
先进燃气涡轮叶片部冷通道中布置扰流肋通增换热面积冷气流扰动达增强换热效果影响部扰流肋冷效果素肋片形状布置方式气流特性等强化换热技术中击冷效加强局部换热系数冷方法研究发现击冷确实带局部高换热系数冷效果受击孔排布置击孔长孔直径孔目标板距离击孔入口出口跨流情况等素影响
流冷通道研究相似复合冷冷通道关研究针方面：测量通道流动换热特性通特**构中流动换热详细测量掌握机理分布特征结构设计优化提供指导
研究针具体结构方面带肋扰流结构通道流动换热研究燃气涡轮发动机实际冷设计紧密联系避免强化燃气涡轮发动机冷时击射流气膜冷技术未获广泛应较早研究通常针带肋出流冷通道着冷求提高种冷方式广泛应年关带肋击射流气膜出流孔通道研究逐渐增
通道中肋存通道中原流动边界层破坏出现分离附着回流等流动区域种复杂流动法解析方法研究带肋通道中流阻换热特性较早关带肋通道研究集中实验方法获流动阻力通道中心线换热数整理验半验流动换热准关联式研究中Webb针肋角度90°通道鉴壁粗糙流阻换热分析方法利壁面相似理（law of the wall similarity）建立流动阻力计算方法利热量动量传递类理（heatmomentum transfer analogy
）建立换热计算方法通改变肋距肋高根实验数拟建立半验实验关联式Han利样研究方法研究肋形状肋角度肋距肋高等素流动换热影响建立流阻换热半验实验关联式
高性肋研究方面提高肋流动扰动获更换热强化效果通结构更复杂肋实现根前研究认斜肋诱导更涡换热增强间断肋V形肋连续贯穿肋诱导更涡研究行布置肋断续肋V形肋等肋片形式壁面肋差排排交叉排列等排列形式流动换热影响研究表明形式带肋通道换热流分布趋势连续肋类似带肋壁面均换热强化程度雷诺数升高降低光滑壁面通道均换热强化程度雷诺数变化敏感阻力雷诺数变化敏感60°V形间断肋换热增强效果
国研究中北京航空航天学针带肋变截面通道作量研究工作等截面带肋通道类似肋通道壁面换热增强增强效果低雷诺数更明显肋高增**道阻力增肋高换热影响单调导致强换热效果肋距肋高增增等截面通道通道截面流程变化肋高变流程阻塞（肋距通道量直径）变化造成流壁温明显周期性变化肋角度压力分布影响减肋高出现直肋通道换热高斜肋通道情况针等截面矩形通道邓斌等研究肋角度肋高肋排布方式（交叉行）影响认肋角度越肋越高换热越强阻力越肋交叉排布行排布换热强阻力机理研究方面苑中显通数值模拟研究带肋板附流动换热邓宏武刘传凯苏生数值模拟方法研究旋转状态流动展示哥氏力斜肋诱导二次流情况
气膜冷涡轮叶片冷中广泛气膜孔出流流冷通道影响回避问题方面气膜出流造成流冷通道冷空气减少换热产生利影响方面出流造成部冷通道壁面附边界层状态气流方改变壁热气流通道中心区域冷气流掺混增强流态改变利增强部分壁面换热原针出流冷通道工程数值算法必须详细掌握流动换热强化机理获实验数基础作必改进气膜出流影响研究样历简单复杂程较早研究般流冷通道简化光滑壁通道研究中换热分布采瞬态液晶测试技术采数值模拟方法计算气膜孔入口处流场强化换热机理进行解释
研究模型更加接实际结构Shen研究肋角度90°肋间开气膜出流孔直通道中肋间换热分布Thurman针蜿蜒带肋通道第段气膜孔部分进行研究结果表明：出流作带肋通道气膜孔壁面换热增强作肋出流形成换热分布两种结构独立形成换热分布简单叠加气膜孔肋距中间位置时孔换热强化作明显受游肋阻挡影响范围减孔前肋低换热区受出流作增气膜孔两侧气流边界层出流作旋转进入气膜孔形成偏游高换热区Thurman孔附高换热区分布称倒C型分布Ekkad针带肋气膜孔通道研究出流状态肋形式流动特性换热分布影响认：90°肋造成压力损失60°行肋60°V形肋压力损失相似气膜孔流量系数带肋光滑通道90°肋通道60°行肋60°V形肋通道相似Re增换热增强系数NuNu0减出流孔附强化换热均换热特性出流情况类似通道弯转前第直段60°行肋通道60°V形肋通道60°∧形肋通道换热效果类似优90°肋通道
涡轮叶片冷通道换热研究中换热系数测量重回避容常研究方法体分三类利牛顿冷公式通保证热流密度测量气流壁面温差换热系数类方法中般需测量表面铺设薄膜加热器（热膜）保证热流密度壁面温度采热电偶宽带热色液晶红外热仪等方式进行测量二采传质模拟方法实验件采萘制作通测量实验结束时壁面部分质量交换情况通拟获换热系数三采瞬态液晶测试技术具体讲壁面瞬态换热程中通热色液晶测量壁面温度分布变化程利壁面温度流换热系数第三类边界条件解析关系求解换热系数该技术够进行全表面测量复杂表面较适性精度易实现性优传质模拟法年传热研究方面获越越广
泛应
瞬态液晶测试技术技术特点普遍采CCD数字式摄机液晶图进行采集存储实验时间摄机帧频计算空间位置素点实际模型应关系测量图处理HSI色彩模型进行描述消拍摄条件影响结合校准数获颜色温度关系实验短实验时间研究壁面部处半限导热状态基假设年瞬态液晶测试技术成熟应模拟涡轮叶片完整冷结构换热特性研究成罗尔斯罗伊斯公司涡轮导叶片完整冷结构放模型研究德国MTU公司涡轮工作叶片完整结构研究等实验情况完整结构研究基础冷结构研究更接真实情况结果准确性提高
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