椭圆槽气膜冷却结构的优化研究

针对椭圆槽气膜冷却结构展开优化研究,优化参数为椭圆长轴长度L1、椭圆短轴长度L2和槽深h,优化目标为最大化气膜绝热冷却效率。首先对椭圆槽气膜冷却物理模型进行计算流体力学方法求解,获得一定容量的数据样本;并基于数据样本训练支持向量机参数,建立优化代理模型;最后引入遗传算法在优化区间内进行寻优,获得最佳的椭圆槽结构。在吹风比为0.6的工况下,优化后的L1,L2和h分别为2.22D,2.65D和0.74D (D为气膜孔径),冷却效率较参考结构提升了42%;在吹风比为1.2的工况下,优化后的L1,L2和h分别为3.60D,2.70D和0.67D,冷却效率较参考结构提升了73%。通过优化,气膜孔下游截面肾型涡对得到有效抑制,而反肾型涡对则被强化,气膜展向覆盖能力明显增强。优化结果表明了支持向量机代理模型和遗传算法在气膜冷却结构优化的有效性。     

浅槽孔气膜冷却的大涡模拟研究

为了探究浅槽孔气膜冷却的强化冷却机理,针对平板浅槽型气膜孔冷却射流与主流相干作用进行大涡模拟研究,并与圆孔射流进行对比分析。研究结果表明:浅槽孔内部会形成一对循环涡旋,将冷却气向展向卷吸;浅槽孔下游会同时出现肾形涡对和反肾形涡对,反肾形涡对抑制了气膜冷却射流的抬升,改善了冷气贴壁性;与圆孔相比,浅槽孔气膜冷却射流的流场拟序结构分布更为无序,浅槽前缘未出现马蹄涡旋,射流下游也未形成串列的发卡涡;当吹风比增长到1.5时,浅槽孔在低频区(400Hz处)出现主频,在高频区的振幅则远低于圆孔,表明高吹风比下浅槽孔气膜冷却射流流场中低频小尺度涡旋占主导作用。整体而言,浅槽孔提升了气膜的展向扩展能力,冷却性能远优于传统圆孔。