高主流湍流度下傾斜角對圓柱孔氣膜冷卻特性影響的實驗研究

劉存良, 謝剛, 朱惠人

(西北工業大學動力與能源學院, 710072, 西安)

高主流湍流度下傾斜角對圓柱孔氣膜冷卻特性影響的實驗研究

劉存良, 謝剛, 朱惠人

(西北工業大學動力與能源學院, 710072, 西安)

為了研究高湍流度下圓柱孔流向傾斜角對氣膜冷卻特性的影響,在主流湍流度為11.82%的工況下,采用瞬態熱色液晶測量技術對傾斜角為30°、60°的氣膜孔冷卻特性進行了研究,并與低湍流度工況下的結果進行對比。實驗結果表明:氣膜孔傾斜角增大會導致氣膜冷卻效率下降;主流湍流度增大會提高上游冷卻效率,降低下游冷卻效率,冷卻效率展向分布更加均勻。吹風比的增加導致各傾斜角氣膜孔換熱系數比顯著增加,在小吹風比條件下,換熱系數比沿流向時降低,而大吹風比條件下換熱系數比呈現先上升后下降的分布;氣膜孔傾斜角增大會在整體上強化壁面對流換熱強度,主流湍流度增加導致換熱系數比明顯減小。隨著吹風比的增加,下游區域的主流湍流度導致兩種傾斜角氣膜孔的冷卻效率和換熱系數比差距增大,在上游區域主流湍流度的影響較為復雜。

氣膜冷卻;主流湍流度;傾斜角;冷卻效率;換熱系數比

現代航空發動機要求更高的推重比,要求發動機具有更高的熱效率,提高渦輪入口燃氣溫度是提高發動機熱效率的重要方式,目前渦輪入口溫度已遠遠超過葉片材料正常工作范圍內,有效的冷卻技術必不可少,氣膜冷卻就是關鍵冷卻技術。渦輪葉片氣膜孔研究最早、應用最廣的是圓柱形孔,圓柱孔氣膜冷卻特性受密度比[1]、吹風比[2]、動量比[3]、主流馬赫數[4]等流動參數和孔間距[5]、多排孔[6]等結構參數的影響。

氣膜孔流向傾斜角因工作位置不同而有所不同,文獻[7]研究了流向傾斜角對單個圓柱孔冷卻特性的影響,研究表明圓柱孔流向傾斜角變化對氣膜冷卻特性有明顯影響。航空發動機中渦輪進口主流湍流度較高,文獻[8-9]表明,主流湍流度12%比較接近渦輪導葉進口主流湍流度,而很多氣膜冷卻實驗的湍流度在1%左右。研究表明,主流湍流度對氣膜冷卻特性有較大影響,文獻[10]表明在低動量比下,湍流度的提高會降低前緣的徑向平均冷卻效率,而動量比增加,湍流度對冷卻效率的影響逐漸降低;主流湍流度對導向葉片氣膜冷卻的研究表明主流湍流度在一定范圍內增加會改善氣膜冷卻效果[11],而繼續增大主流湍流度則會惡化氣膜冷卻效果。以往的研究分別針對氣膜孔傾斜角與主流湍流度進行,但是在接近實際發動機工況的高主流湍流度下傾斜角變化對氣膜冷卻的影響也有必要研究,因此本實驗采用瞬態液晶測量技術,在高主流湍流度下研究不同傾斜角圓柱孔氣膜冷卻特性,并與低湍流度實驗結果進行對比,從而豐富相關研究內容。

1 實驗裝置與測試方法

1.1 實驗裝置

實驗系統分為主流系統和二次流系統兩部分,主流系統組成有離心風機、穩壓腔、過濾器、蜂窩器、收縮段、主流快速加熱裝置、穩定段、實驗段等部件,氣流通過旋擰閥和蝶閥后進入實驗風洞;二次流由羅茨風機驅動,經過氣罐、閥門、流量計、空氣加熱器、二次流腔后穿過氣膜孔進入實驗段。實驗系統如圖1所示。

圖1 實驗系統

圓柱氣膜孔軸線與壁面夾角為30°、60°,這兩種角度在氣膜冷卻研究中比較有代表性[7],同時能在有限的實驗量下說明傾斜角的影響。氣膜孔結構如圖2所示,D為圓柱孔直徑。實驗段由氣膜孔部件和測量板組成,單排7孔結構組成了氣膜孔部件,孔中心距為2.5倍氣膜孔直徑,以中間孔對稱分布,實驗段材料為有機玻璃,氣膜孔位置以及測量區域位置如圖3所示。湍流發生器安裝在主流通道實驗段入口和二次收縮段出口之間,主流湍流度通過熱線風速儀測量。

圖2 氣膜孔結構示意圖

圖3 實驗段示意圖

1.2 測量方法

實驗基于瞬態導熱理論的窄帶熱色液晶測量技術進行,文獻[12-13]的瞬態傳熱測量理論是本文換熱特性實驗中測量氣膜冷卻效率以及換熱系數的理論依據和實驗方法。瞬態傳熱測量是在流場達到穩定,但溫度場未穩定的情況下通過測出測量區域表面溫度以及氣流溫度的變化過程得到測量區域全表面的冷卻效率η=(Taw-Tg)/(Tc-Tg)和換熱系數h=q/(Taw-Ts),其中Tg、Tc、Taw和Ts為主流溫度、二次流溫度、絕熱壁溫和壁面溫度。

實驗時需要在相同主流條件下測量有氣膜結構的換熱系數h和無氣膜結構時的換熱系數h0,采用換熱系數比h/h0來表征射流影響壁面換熱效果。實驗溫度采集模塊將熱電偶測量采集得到的溫度數據記錄保存在計算機中,實現對主流和二次流溫度的監測記錄。彩色攝像機用來記錄實驗測量區域溫度變化。

1.3 誤差分析

測溫誤差ΔT、時間測量誤差Δt和測量平板物性參數誤差Δ(ρcλ)1/2是瞬態傳熱測量需要考慮的主要誤差。在本實驗中熱電偶以及液晶的ΔT=±0.2 ℃,Δt=±0.1 s,Δ(ρcλ)1/2=±20。文獻[14]對瞬態傳熱測量誤差進行了分析,求得冷卻效率測量結果的相對誤差約為8%,表面換熱系數結果的相對誤差約為6%。

2 實驗結果及分析

2.1 實驗工況

本文實驗主流湍流度根據實驗量以及工況代表性確定為兩種參數,實驗中主流湍流度Tu為0.81%、11.82%,主流溫度Tg=310 K,二次流溫度Tc=333 K。實驗在不同吹風比M下研究2種傾斜角圓柱孔的氣膜冷卻特性。實驗過程中主流雷諾數Red保持不變,即Red=ρgUgD/μg=10 000,μg為主流黏性系數,吹風比定義為

M=ρcUc/ρgUg

(1)

式中:Ug、ρg、Uc、ρc分別為主流速度、主流密度、氣膜孔入口面積平均速度和二次流密度。

2.2 冷卻效率分布結果與討論

本文的云圖展示了以中間孔為中心、一個孔間距范圍內的相關參數變化。M=0.5時氣膜冷卻效率分布云圖如圖4所示,圖4中不同傾斜角氣膜孔在兩種湍流度下的冷卻效率分布規律基本一致:靠近氣膜孔的上游區域冷卻效率較高,沿流向冷卻效率逐漸下降;孔中心線處冷卻效率較高,而孔間區域冷卻效率相對較低,這種現象在上游區域十分明顯。由圖4可知:在各主流湍流度下,氣膜孔傾斜角增大均導致孔間低冷卻效率區域增大,同時射流流向的覆蓋距離變短;主流湍流度增大,兩種傾斜角氣膜孔的射流流向覆蓋距離均較短,在下游區域冷卻效率的展向分布趨于一致,同時在上游區域射流的展向覆蓋范圍增大,孔間低冷卻效率區域減小,孔間冷卻效率有所上升,傾斜角30°氣膜孔表現的更加明顯。

(a)α=30°,Tu=0.81%

(b)α=60°,Tu=0.81%

(c)α=30°,Tu=11.82%

(d)α=60°,Tu=11.82%圖4 M=0.5時氣膜冷卻效率分布云圖

利用數值方法得到各工況下氣膜孔下游截面的無量綱溫度云圖和速度矢量圖,結果如圖5所示。本文使用的數值方法與文獻[15]相同,無量綱溫度Θ=(T-Tg)/(Tc-Tg),其中T為流場溫度。由圖5可知:在相同傾斜角下,主流湍流度增加導致氣膜孔下游對渦強度減弱,射流出流后貼壁性更好,氣膜展向覆蓋范圍也有所增加;氣膜孔傾斜角增大導致射流出流后Z向速度增加,射流有被抬離壁面的趨勢,貼壁性變差,同時射流與主流的摻混加劇,降低冷卻效果。

M=1.0時氣膜冷卻效率分布云圖如圖6所示。由圖6可知,各傾斜角氣膜孔上游區域的冷卻效率相比于M=0.5時有所下降。這是由于吹風比增大,射流集中性比較好,展向覆蓋效果下降,孔間低冷卻效率區域增大。主流湍流度相同時,氣膜孔傾斜角增大產生的現象與M=0.5工況下類似,但是孔間低冷卻效率區域進一步擴大,其中小湍流度60°氣膜孔附近區域基本沒有氣膜覆蓋,說明射流動量增大后在上游區域的貼附性變差。主流湍流度增加后,兩種傾斜角氣膜孔上游冷卻效率有明顯的提高,氣膜的展向覆蓋范圍增加,孔間低冷卻效率區域有明顯的減小。

(a)α=30°

(b)α=60°圖5 M=0.5時氣膜孔出口下游X/D=5截面上溫度云圖和速度矢量圖

(a)α=30°,Tu=0.81%

(b)α=60°,Tu=0.81%

(c)α=30°,Tu=11.82%

(d)α=60°,Tu=11.82%圖6 M=1.0時氣膜冷卻效率分布云圖

M=2.0時氣膜冷卻效率分布云圖如圖7所示。由圖7可知:各傾斜角氣膜孔冷卻效率分布明顯表現出上游區域低,下游區域高,說明吹風比進一步增大后射流動量增加,射流出流后脫離壁面,氣膜孔附近冷卻效率為最小值;相比于小吹風比工況,大吹風比下冷氣量增加使得下游區域的冷卻效率有所增加。在相同主流湍流度下,氣膜孔傾斜角增大導致射流出流后完全脫離壁面,上游冷卻效率降到最小值,但是大傾角下低冷卻效率區域流向距離較短。主流湍流度增加后,上游區域小吹風比工況下冷卻效率沒有明顯提高,而下游區域的冷卻效率有明顯的下降,傾斜角60°氣膜孔表現的更加明顯,這是由于在上游區域吹風比增大后射流集中性較好,主流對二次流的作用有限,但是在下游區域射流再附著導致射流分散,主流湍流度增加導致主流與射流摻混的加劇,冷氣耗散增多,冷卻效率減小。

(a)α=30°,Tu=0.81%

(b)α=60°,Tu=0.81%

(c)α=30°,Tu=11.82%

(d)α=60°,Tu=11.82%圖7 M=2.0時氣膜冷卻效率分布云圖

3個吹風比下展向平均氣膜冷卻效率如圖8所示。由圖8可知,氣膜冷卻效率展向平均分布規律與前面云圖的分析基本一致,吹風比增大導致上游區域冷卻效率減小,下游區域冷卻效率增加。M=0.5時氣膜孔傾斜角增大均導致冷卻效率的降低,湍流度增加對30°孔的冷卻效率影響較大,上游區域冷卻效率明顯增加,下游區域的明顯減小。M=1.0時大湍流度下傾斜角增大會減小冷卻效率,但是在小湍流度下大傾斜角孔冷卻效率在X/D=10～25區域高于小傾斜角孔,這與射流脫離再附著壁面有關,主流湍流度增加對兩種傾斜角孔的冷卻效率都有明顯的影響,上游區域冷卻效率明顯增加。M=2.0時各個工況氣膜孔下游區域冷卻效率相比小吹風比均有提高,但仍然處于較低的值;傾斜角對冷卻效率的影響與M=1.0時一致,而且小湍流度下大傾斜角孔的射流脫離再附著現象在區域X/D=5之后更加明顯;在孔的傾斜角相同時候,主流湍流度增加對氣膜孔附近冷卻效率影響較小,在下游區域主流湍流度增加明顯減小了冷卻效率,其中60°孔下降幅度更大,這是湍流度增加導致射流出流產生的對渦減弱,射流集中性變差,在下游區域射流耗散較快,同時傾斜角增大也會加劇這種現象。

2.3 換熱系數比分布結果與討論

由于各吹風比下換熱系數比規律有相似之處,本節僅選取吹風比為0.5、2.0兩種工況下的換熱系數比進行主流湍流度和傾斜角影響分析。

(a)M=0.5

(b)M=1.0

(c)M=2.0圖8 展向平均氣膜冷卻效率

M=0.5時換熱系數比分布云圖如圖9所示。不同傾斜角氣膜孔在兩種湍流度下的換熱系數比分布均表現為上游高、下游低的現象,在相同主流湍流度下,大傾斜角氣膜孔上游區域的換熱系數比明顯高于小傾斜角,換熱系數比有小于1的情況出現。圖5中速度矢量圖表明對渦結構導致孔中心線處流場有沿Z正向的速度,這會減小壁面附近速度梯度,增加邊界層厚度,降低換熱強度,在一定程度上抵消射流擾動產生的增強換熱效果,因此出現換熱系數比小于1的情況,并且在大湍流度小吹風比下更加明顯。

由圖9可知,小湍流度氣膜孔下游孔中心線換熱系數比明顯低于孔間區域,主流湍流度增大后氣膜孔下游換熱系數比展向較為均勻,孔中心線處沒有出現明顯低換熱系數比區域,在相同傾斜角下主流湍流度增大導致換熱系數比的下降。圖5中小湍流度時射流出流形成了明顯的對渦結構,對渦的沖擊結構增強了孔間換熱強度,但是在大湍流度工況下氣膜孔下游對渦強度明顯減弱,孔間沒有出現明顯的高換熱系數比區域,換熱系數比展向分布更加均勻。

(a)α=30°,Tu=0.81%

(b)α=60°,Tu=0.81%

(c)α=30°,Tu=11.82%

(d)α=60°,Tu=11.82%圖9 M=0.5時換熱系數比分布云圖

M=2.0時換熱系數比分布云圖如圖10所示。由圖10可知,M=2.0時換熱系數比明顯高于M=0.5時,同時換熱系數比分布規律與M=0.5時有明顯不同。在各工況下氣膜孔下游孔間區域均有高換熱系數比區域,這主要是射流脫離壁面后再附著導致的,同時大傾斜角下射流再附著位置比小傾斜角提前,這與冷卻效率的分析一致。M=2.0時傾斜角和主流湍流度的影響與M=0.5時一致。

M=2.0時各個傾斜角氣膜孔在不同主流湍流度時下游X/D=10處歸一化速度云圖和速度矢量圖如圖11所示,其中歸一化速度中Ug為主流來流速度,Uj為截面的流場速度。結合圖5、圖11中速度矢量分布可知,傾斜角30°氣膜孔射流形成的對渦強度小于60°氣膜孔的,M=2.0時更加明顯,下游對渦結構在孔間Y/D=±1附近產生的沖擊效應更加明顯,降低邊界層厚度,強化換熱。

主流湍流度增加會降低換熱系數比,這主要有2個原因:高主流湍流度下射流降低氣膜孔下游壁面附近的湍流度[13],降低換熱效果,而小湍流的情況正好相反;湍流度增加會明顯減小對渦強度,降低對渦在孔間區域的沖擊效應,同時壁面附近的速度梯度減小,降低換熱強度。但是,大吹風比下湍流度增加對減弱對渦結構作用有限,因此孔間換熱系數比仍然較高。

(a)α=30°,Tu=0.81%

(b)α=60°,Tu=0.81%

(c)α=30°,Tu=11.82%

(d)α=60°,Tu=11.82%圖10 M=2.0時換熱系數比分布云圖

(a)α=30°

(b)α=60°圖11 M=2.0時氣膜孔出口下游X/D=10截面上的速度云圖和速度矢量圖

各吹風比下展向平均換熱系數比如圖12所示。由圖12可知:小吹風比下換熱系數比沿流向呈下降趨勢,湍流度相同時氣膜孔傾斜角增大導致換熱系數比明顯增大;湍流度增大減小整體換熱系數比,而60°氣膜孔換熱系數比下降的更加明顯。吹風比增大到2.0后換熱系數比有明顯的增大,且沿流向均出現先上升后下降的現象,上升的原因是射流出流后脫離壁面再附著導致的,大傾斜角射流再附著位置明顯靠近氣膜孔,在上游區域大傾斜角氣膜孔的換熱系數比有明顯的增加,這與換熱系數比云圖分析是一致的;主流湍流度增大后,換熱系數比有明顯的下降,30°氣膜孔下降更加明顯,而60°氣膜孔在上游位置有明顯的下降,而下游區域的換熱系數比很接近。

(a)M=0.5

(b)M=2.0圖12 展向平均換熱系數比

3 結 論

本文采用基于瞬態導熱理論的熱色液晶測量技術,獲取了不同主流湍流度下圓柱氣膜孔的冷卻效率云圖和換熱系數比云圖,研究了主流湍流度和圓柱孔傾斜角對氣膜冷卻特性的影響,主要結論如下。

(1)吹風比提高會使氣膜孔附近冷卻效率下降,而下游區域的冷卻效率會提高。氣膜孔傾斜角增大會降低整體氣膜冷卻效率;主流湍流度增大會提高上游冷卻效率,減小下游冷卻效率,同時冷卻效率展向分布更加均勻。隨著吹風比提高,主流湍流度對小傾斜角氣膜孔下游冷卻效率的影響變小,對大傾斜角氣膜孔下游影響增大。

(2)吹風比增加會提高換熱系數比,小吹風比下各工況的換熱系數比分布均呈現上游高,下游低,大吹風比下由于射流脫離再附著導致換熱系數呈現先上升后下降的現象。氣膜孔傾斜角增大會在整體上強化壁面對流換熱,主流湍流度增加會明顯減小換熱系數比。隨著吹風比的提高,主流湍流度對小傾斜角氣膜孔換熱系數比的影響變大,對大傾斜角氣膜孔的影響則相反。

(3)通過分析可以看出,傾斜角增大會減小氣膜孔冷卻效果;小吹風比下湍流度增加會顯著減小射流對渦強度,改善氣膜孔附近冷卻效果。

[1] BALDAUF S, SCHEURLEN M, SCHULZ A, et al. Correlation of film cooling effectiveness from thermographic measurements at engine-like conditions [J]. ASME Journal of Turbomachinery, 2002, 124(4): 686-698.

[2] SINHA A K, BOGARD D G, Crawford M E. Film-cooling effectiveness downstream of a single row of holes with variable density ratio [J]. ASME Journal of Turbomachinery, 1991, 113(3): 441-449.

[3] KOHLI A, BOGARD D G. Turbulent transport in film cooling flows [J]. ASME Journal of Heat Transfer, 2005, 127(5): 513-520.

[4] GRITSCH M, SCHULZ A, WITTIG S. Adiabatic wall effectiveness measurements of film-cooling holes with expanded exits [J]. ASME Journal of Turbomachinery, 1998, 120(3): 549-556.

[5] BURD S W, KASZETA R W, SIMON T W. Measurements in film cooling flows: holeL/Dand turbulence intensity effects [J]. ASME Journal of Turbomachinery, 1998, 120: 791-798.

[6] LIGRANI P M, WIGLE J M, CIRIELLO S, et al. Film cooling from holes with compound angle orientations: part I Results downstream of two staggered rows of holes with 3D span wise spacing [J]. ASME Journal of Turbomachinery, 1994, 116(2): 242-252.

[7] YUE C H N, MARTINE-BOTAS R F. Film cooling characteristics of single round hole at various stream wise angle in a crossflow: part I Effectiveness [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2003, 46(2): 221-235.

[8] AMES F E. Aspects of vane film cooling with high turbulence: part I Heat transfer [J]. Journal of Turbomachinery, 1998, 120(4): 768-776.

[9] AMES F E. Aspects of vane film cooling with high turbulence: part II Adiabatic effectiveness [J]. Journal of Turbomachinery, 1998, 120(4): 777-784.

[10] 李廣超, 朱惠人, 廖乃冰, 等. 氣動參數對前緣氣膜冷卻效率影響的實驗 [J]. 航空動力學報, 2008, 23(2): 215-220.

LI Guangchao, ZHU Huiren, LIAO Naibing, et al. Influence of aerodynamic parameters on film cooling effectiveness on the vane leading edge [J]. Journal of Aerospace Power, 2008, 23(2): 215-220.

[11] 周志翔, 劉存良, 張宗衛, 等. 主流湍流度對渦輪導向葉片氣膜冷卻特性影響的實驗 [J]. 航空動力學報, 2014, 29(6): 1279-1286.

ZHOU Zhixiang, LIU Cunliang, ZHANG Zongwei, et al. Experiment on effects of mainstream turbulence intensity on film cooling characteristics of turbine vane [J]. Journal of Aerospace Power, 2014, 29(6): 1279-1286.

[12] 劉存良, 朱惠人, 白江濤, 等. 基于瞬態液晶全表面測量技術的圓柱形孔氣膜冷卻特性研究 [J]. 航空動力學報, 2009, 24(9): 1959-1965.

LIU Cunliang, ZHU Huiren, BAI Jiangtao, et al. Experimental research on film cooling characteristics of cylindrical hole with transient liquid crystal measurement technique [J]. Journal of Aerospace Power, 2009, 24(9): 1959-1965.

[13] 劉存良, 朱惠人, 白江濤. 收縮-擴張形氣膜孔提高氣膜冷卻效率的機理研究 [J]. 航空動力學報, 2008, 23(4): 512-517.

LIU Cunliang, ZHU Huiren, BAI Jiangtao, Study on the physics of film-cooling effectiveness enhancement by the converging-expanding hole [J]. Journal of Aerospace Power, 2008, 23(4): 512-517.

[14] MOFFAT R J. Describing the uncertainties in experimental results [J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 1988, 1(1): 3-17.

[15] LIU C L, LIU J L, ZHU H R, et al. Film cooling sensitivity of laidback fan shape holes to variations in exit configuration and mainstream turbulence intensity [J]. International Journal of Heat & Mass Transfer, 2015, 89(10): 1141-1154.

[本刊相關文獻鏈接]

鄭達仁,王新軍,張峰,等.上游橫向間斷肋布置方式對氣膜冷卻性能的影響.2017,51(11):7-13.[doi:10.7652/xjtuxb 201711002]

翟穎妮,劉存良.高主流湍流度下大傾角異型氣膜孔冷卻特性實驗研究.2017,51(7):16-23.[doi:10.7652/xjtuxb201707 003]

李勁勁,何坤,晏鑫,等.透平葉片近前緣端壁處換熱性能的研究.2017,51(7):44-50.[doi:10.7652/xjtuxb201707007]

黃琰,晏鑫,何坤,等.壓力面側小翼結構對凹槽葉頂冷卻傳熱性能的影響.2017,51(7):51-56.[doi:10.7652/xjtuxb2017 07008]

費昕陽,王新軍,陸?？?平板沖擊發散冷卻流動與換熱特性的數值模擬.2017,51(7):57-61.[doi:10.7652/xjtuxb201707 009]

張超,宋英杰,宋立明,等.渦發生器高度對氣膜冷卻性能影響的實驗研究.2017,51(3):20-26.[doi:10.7652/xjtuxb2017 03004]

黃琰,晏鑫,何坤,等.氣膜孔分布對凹槽葉頂傳熱和冷卻性能的影響.2016,50(5):101-107.[doi:10.7652/xjtuxb201605 015]

高炎,晏鑫,李軍.燃氣透平葉片尾緣開縫結構冷卻性能的數值研究.2016,50(3):29-37.[doi:10.7652/xjtuxb201603005]

周駿飛,王新軍,張峰.連續收縮擴張氣膜孔排冷卻特性的數值模擬.2016,50(3):38-44.[doi:10.7652/xjtuxb201603006]

謝金偉,王新軍,周駿飛.空心靜葉汽膜孔排吹掃除濕的數值研究.2015,49(7):61-66.[doi:10.7652/xjtuxb201507011]

ExperimentalResearchontheEffectofHole-InclinedAngleontheFilmCoolingCharacteristicsunderHighMainstreamTurbulenceIntensity

LIU Cunliang, XIE Gang, ZHU Huiren

(School of Power and Energy, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)

To study the influence of inclined angle on the film cooling characteristics under high mainstream turbulence intensity, cylindrical holes with inclined angles 30° and 60° were studied using the transient liquid crystal measurement technique under high mainstream turbulence intensity (11.82%), and the result was compared with the result under low mainstream turbulence intensity. The results indicate that the film cooling effectiveness decreases with the increase of inclined angle. With the increase of mainstream turbulence intensity, the film cooling effectiveness increases in upstream region and decreases in downstream region, and in addition, the film cooling effectiveness distributes more uniform in the lateral direction. With the increase of blowing ratio, the heat transfer ratio is enhanced obviously for all cylindrical holes. At small blowing ratio, the heat transfer coefficient ratio decreases gradually along the flowing direction. And the heat transfer coefficient ratio has an undulation feature at large blowing ratios. The increase of the inclined angle leads to an enhancement of heat transfer intensity at the same blowing ratio. But the increase of the mainstream turbulence intensity may result in lower heat transfer intensity at the same blowing ratio. With the increase of blowing ratio, the mainstream turbulence intensity-induced differences of the film cooling parameters between two kinds of inclined-angle holes grow under two mainstream turbulence intensities in downstream region, while the influence of mainstream turbulence intensity is more complex in upstream region.

film cooling; mainstream turbulence intensity; inclined angle; cooling effectiveness; heat transfer coefficient ratio

2017-06-02。 作者簡介: 劉存良(1983—)男,教授,博士生導師。 基金項目: 國家自然科學基金資助項目(51776173);陜西省自然科學基礎研究計劃資助項目(2017JM5044);中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(3102017 gx06006)。

時間: 2017-11-06

網絡出版地址: http:∥kns.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20171106.1409.012.html

10.7652/xjtuxb201801008

V231.3

A

0253-987X(2018)01-0047-07

(編輯 趙煒 荊樹蓉)