热载与进口气流条件对柱肋通道换热的影响

目前关于燃气涡轮叶片冷却的实验研究多数是在常温常压进口气流和低壁温条件下进行的，而实际燃气涡轮叶片的冷却气流为来自于压气机的高温高压空气，且涡轮叶片壁面热载（定义为加热壁面壁温与冷却气流进口温度之比）很高。为了掌握热载与进口气流条件对于涡轮叶片尾缘内部冷却通道的冷却效果的影响，本文在考虑空气物性随温度变化的情况下，采用数值模拟方法进行了相关的计算和分析。计算选取了两种进口气流条件（常温常压、高温高压），热载为1.1-1.9，进口气流雷诺数为5×103-1×105。计算结果表明，进口气流雷诺数一定的情况下，随着热载的增大，通道内换热能力降低，流动阻力系数增大；与常温常压进口气流条件相比，高温高压进口气流条件导致通道努塞尔数降低，并且努塞尔数在高热载条件的降低更为显著；在进口气流雷诺数为60000的条件下，高温高压进口气流、热载为1.9的条件下通道的努塞尔数比与常温常压进口气流条件、热载为1.1条件下通道的努塞尔数降低了15.8%，且随着进口气流雷诺数的提高，通道换热的削弱程度进一步增大。本文的研究表明，涡轮叶片的冷却设计必须考虑叶片冷却的实际条件，并对实验数据结果进行合理修正。

Effects of Heat Load and Inlet Flow Conditions on Heat Transfer in Channels with Pin Fin Arrays