耿峰，张扬

(南京航空航天大学 能源与动力学院,江苏 南京 210016)

0 引言

随着先进燃气轮机的涡轮进口温度不断提高，涡轮叶片材料的耐温极限已无法满足性能需求，因此通过先进的冷却技术来保障涡轮叶片安全稳定地运行尤为关键。在众多的涡轮叶片冷却技术中，内冷通道不仅是一种十分重要的叶片内部冷却技术，还是气膜冷却等叶片外部冷却的冷气来源。流动与换热是评价涡轮叶片内冷通道性能的两个主要参数。为了降低叶片温度并确保冷却系统安全稳定地运转，内冷通道不仅需要优异的换热强度，通道的流动性能也不容忽视。

WANG T等[1]采用k-ε湍流模型对光滑U型通道进行了仿真研究，分析了通道内造成局部损失的二次流结构。此外，一些学者对U型通道的几何形状进行优化。KIYIC Firat[2]、TOM Verstraete[3]、龚建英[4]、宋乙丹等[5]学者将优化算法与数值仿真相结合，对U型通道进行优化设计。KERISHNENDU Saha[6]为了获得更好的流动换热特性的蜿蜒通道，详细研究了几种特殊回转区形状的通道，优化后的通道流动性能提升了约30%。而在仿真方法的选择方面，颜培刚[7]对比了RANS与LES对内冷通道仿真结果，发现LES更加准确地预测到了平均速度分布和脉动量湍动能的分布规律。

基于前人的研究，本文针对U型通道内的二次流结构，以降低通道流动损失为目的，设计了一系列U型通道，并用大涡模拟对优选通道进行验证。

1 数值解决方案

1.1 几何模型

图1为基础通道的二维物理模型与三维物理模型。……