叶 秀， 武美萍， 缪小进， 陆佩佩

(江南大学 机械工程学院，江苏无锡 214122)

随着航空航天工业的不断发展，航空发动机涡轮入口温度不断升高，传统冷却结构已无法满足日益增长的冷却需求。薄壁双层壁叶片的壁面厚度较小，可以充分发挥短距离冲击冷却的优势，大大提升叶片的冷却性能[1]。与此同时，较薄的壁面厚度给外部气膜冷却带来了新的问题。气膜孔长径比的减小会使气膜冷却的传热特性变化较大。此外，受限于气膜孔的加工工艺，目前气膜孔结构仍以圆柱孔及其扩张孔为主，但圆柱孔射流会在孔下游形成肾形涡，进而卷吸高温主流，导致冷气射流抬升，影响气膜冷却效果[2]。为降低肾形涡的消极影响，研究人员对气膜孔结构展开了研究。张纳如等[3]研究了复合角对气膜冷却效率的影响。Zhang等[4]研究了端壁侧压力梯度对复合角气膜孔冷却效率的影响。Abdelmohimen等[5]基于平板试验研究了复合角和二次孔对圆柱孔气膜冷却效率的影响。Dey等[6-8]研究了圆柱孔、扇形孔和前倾孔在不同吹风比下的冷却、传热特性。

圆柱孔及其扩张孔虽然在一定程度上改变了射流结构，提升了气膜冷却效率，但并未改变孔下游射流的涡旋结构，孔下游后段的气膜冷却效果无明显提升。为此，Kusterer等[9]提出双射流结构，该结构能使气膜孔下游形成反肾形涡旋，从而抑制气膜抬升，提高气膜冷却效率。Luo等[10]设计了5种双射流结构，并研究了其对下游端壁气膜冷却效率的影响。……