余毅

摘  要：利用数值模拟的方法，研究了旋转状态下高宽比变化对微小通道内气体流动和换热特性的影响。结果表明，相同进口雷诺数下：1）旋转数一定时，随着通道高宽比增加，微小通道内的综合换热效果会表现出先减弱后增强的变化规律，且当AR=2.5时，存在一个最小值;2）高宽比AR=10时，微小通道的综合换热效果都随着旋转数增加不断减小，而高宽比AR<9时，综合换热效果随旋转数呈现出相反的规律。

关键词：微小通道;高宽比;综合换热

由于微小尺度可以使边界层变薄，有利于强化换热，尤其是湍流区，微小通道成为近十年最受国内外学者关注的冷却方式之一。目前，有关微小通道内流动换热研究主要基于静止状态下。Park（1992）等[1]系统地研究了各种微槽结构对传热的影响，并给出了在五个含有湍流激发装置的短矩形槽内测得的换热和摩擦数据。John P. Mchale（2010）[2]等对截面为梯形不同尺寸及角度的微小通道内的传热特性做了相关的数值模拟研究，得到了相关的关联式子。孙浩峰[3]实验分析了水力直径1mm的微小通道组在0～500r/min转速范围内流动换热的规律。但现有研究大部分是在实验室低温、低马赫数、低转速的条件下进行，与实际工作条件有很大差异。

本文通过数值模拟方法，对不同高宽比不同旋转数下，微小通道内流动和换热特性进行了分析，为其在涡轮冷却叶片上的应用提供了参考。

1研究模型及研究方法

1.1 计算模型

为了更好的研究旋转状态下微小通道内气体的换热特性，同时考虑到网格数量和计算时间，本文参考某发动机高压涡轮工作叶片尺寸，建立单个通道计算模型：通道壁厚0.8mm，长度L=80mm，旋转半径R=0.192m。……