文档介绍：2005 FLUENT 中国用户大会论文集

有错排射流冲击的受限长通道内流场的实验
及数值模拟研究

刘海涌,孔满昭,刘松龄,沈天荣
(西北工业大学热能工程系,陕西西安 710072)

摘要:用五孔针对简化后的涡轮叶片错排射流冲击受限长通道流场进行了详细的测量,并运用商业软件进行
了相应的数值模拟,着重研究受限通道内流动特性的变化规律以及数值模拟能达到的精确程度。实验及数值模拟结果表明:
受限通道内因射流诱导及壁面限制形成漩涡,使高速气流向通道侧壁甚至孔板面集中,通道上、下游流动形态有较大差别;
数值模拟结果与实验结果在通道中、下游位置符合较好,但在上游存在一定差异。
关键词:错排射流受限通道冲击冷却流动特性五孔针

1 引言
由于铸造技术的改善,国外现已经可以在涡轮工作叶片上铸造多个细小的冷气通道(见图 1)。这些通
道通过冲击孔与冷气供气腔连接以实现冲击冷却,冲击后的气体可以通过连接孔进入下一个腔室或者直接
通过气膜孔流出叶片形成气膜冷却。这种冷却结构的优点是:利用冲击冷却获得高换热系数,增大了叶片
内部的有效换热面积,同时避免因传统冲击冷却需要插入孔板而带来的结构和震动问题。因具有上述优点,
针对这种结构的受限通道冲击冷却研究在国外受到广泛重视[1],相关的研究论文较多[2-6],但多集中于换
热特性方面。本文在不同雷诺数下,对不带气膜孔的此类通道内及出流孔的流场进行了详细的实验测量及
数值模拟,希望能深入了该冷却结构的流动特性,并对其强化换热的内在机理有较全面的理解。
2 实验装置与测量方法

Plenum1 Plenum2 Plenum3 Plenum4 Plenum5

Cast blade Test configuration section

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2005 FLUENT 中国用户大会论文集

Right wall AB CD EFG HI J Outlet hole
y

Left wall x Impinge hole Blocked hole

Orifice
z 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 12#
x Static pressure tap Confined channel Target wall

Orifice plate and confined channel

实验装置简图如图 2、3 所示,本实验将冲击冷却通道简化成一矩形直通道并按等比例放大,在其侧
壁上错排开设 12 个射流孔(第 13 个射流孔封闭),在射流孔下游居中开设一个较大的出流孔,实验过程中
保证工况雷诺数相同。风机提供的空气流经稳压腔后由射流孔流入通道,全部通过出流孔排入大气,其流
量由接在稳压腔入口前的浮子流量计测量(前两个腔各包括 3 个射流孔,后三个腔各包括 2 个)。为减小
入口效应的影响,稳压腔入口直径远大于射流孔径且保证较高的稳压腔高度。实验的核心部