邓丽君 孙瑞嘉 余毅

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002）

作为承受高温、高压、高速旋转的热端零部件，小型涡轮转子冷却叶片涉及到涡轮空气动力学、流体力学、传热学、机械动力学、材料学等多学科，设计工作由气动、冷却、结构及强度等多专业迭代优化完成，其技术复杂程度和设计难度非常高。

随着航空发动机功率与热效率的不断提高，要求涡轮转子的进口温度（RIT）不断增高，因此涡轮叶片内部需要高度复杂的冷却[1]；但是对于复杂冷却通道的叶片内腔容易出现分离、回流（滞止），从而会引起某些局部冷却失效，并且导致发动机工作期间的某些部位金属温度热点[2]，严重时会引起发动机故障。

文献[2]中指出新型设计的转子叶片冷却通道内的复杂流动特性分析需要通过模拟试验，即用水流流动显示试验来证明冷却通道的设计是否可行，其目的就是在保证冷气流量的前提下最大程度地减少叶片转折区域的回流（滞止）。鉴于目前国内研制转子叶片的实际情况，加工不同方案的转子叶片模型也是一个费时、耗资的过程，本文选择对转子叶片内腔的流动情况进行数值模拟与优化。

1.问题描述

某转子叶片内腔初始设计结构如图1。采用CFD软件对转子叶片内部结构进行流场数值模拟可以发现：第三腔纵向隔板后存在涡流区，具体位置见图2。由于第三腔存在较大的低速涡流区，需要进行设计修改，最大程度地减少涡流区域，消除局部热点提高冷却效果。……