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第１６卷第４期黑龙江科学Ｖｏｌ１６

２０２５年２月ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＳＣＩＥＮＣＥＦｅｂ.２０２５

不同冷气速度下气膜冷却性能分析

陈德娟ꎬ叶楠ꎬ徐一驰ꎬ戴子涵

(中国船舶及海洋工程设计研究院ꎬ上海２００００３)

摘要:气膜冷却是当前先进燃气轮机中常用的叶片热防护手段之一ꎬ采用导热率低的冷气形成保护膜ꎬ将高温燃气与金属叶片隔

绝ꎬ通过改变气膜冷却结构中的冷气量来控制吹风比的数值ꎬ采用雷诺平均法计算稳态气膜冷却结构中的流动换热行为ꎬ分析气膜

孔在倾斜角度为１５°时结构和吹风比对气膜冷却性能的影响ꎮ结果表明ꎬ随着速度的增大ꎬ气膜冷却的效率逐渐增大ꎬ但吹风比过

大气膜有分离趋势ꎬ会造成效率降低ꎮ

关键词:气膜冷却ꎻ吹风比ꎻ数值模拟ꎻ冷却效率

中图分类号:ＴＫ７３１文献标志码:Ａ文章编号:１６７４－８６４６(２０２５)０４－００７２－０４

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｉｒＦｉｌｍＣｏｏｌｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢａｓｅｄｏｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔＣｏｏｌｉｎｇＶｅｌｏｃｉｔｉｅｓ

ＣｈｅｎＤｅｊｕａｎꎬＹｅＮａｎꎬＸｕＹｉｃｈｉꎬＤａｉＺｉｈａｎ

(ＭａｒｉｎｅＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００００３ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｂｌａｄｅｓｉｎａｄｖａｎｃｅｄｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｓ.

Ｃｏｌｄａｉｒｗｉｔｈｌｏｗｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓｕｓｅｄｔｏｆｏｒｍａｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｆｉｌｍｔｏｉｓｏｌａｔｅｈｉｇｈ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓｆｒｏｍｍｅｔａｌｂｌａｄｅｓ.

Ｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｉｏｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｃｏｏｌｉｎｇａｉｒｉｎｔｈｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.ＴｈｅＲｅｙｎｏｌｄｓ

ａｖｅｒａｇｅｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｔｈｅｓｔｅａｄｙ￣ｓｔａｔｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬａｎｄｔｈｅ

ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｉｏｓｏｎｔｈｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈａｎｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆ

１５°ｉｓａｎａｌｙｚｅｄ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ:ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｉｎｃｒｅａｓｅｓ

ｇｒａｄｕａｌｌｙꎬｂｕｔｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂｌｏｗｉｎｇｏｖｅｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｆｉｌｍｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＡｉｒｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇꎻＢｌｏｗｉｎｇｒａｔｉｏꎻＮｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇꎻＣｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

的几何参数ꎬ如展向距离(ｐ/ｄ)、流向距离(ｓ/ｄ)及两

０引言

个气膜孔的复合角(β)等得到了广泛研究ꎮ

[１２]

涡轮叶片和叶片暴露在远高于高温合金熔点的温Ｙａｏ等得出了复合角为４５°的双射流气膜冷却

度下以追求更高