肋片状流冷却是航空发动机轮叶片内部冷却的一种主要冷却方式。涡研究主要集中于正方形或矩形横截面带肋冷却通道。然而,实际燃气轮机涡轮叶片内部冷却通道都不完全是正方形或矩形横截面,有些叶片内部冷却通道应模化为梯形横截面通道。因此,有必要对涡轮叶片梯形带肋通道的冷却结构进行详细的实验和数值模拟研究。本文通过实验和数值模拟的方法,对比分析了梯形冷却通道和矩形冷却通道内空气的流动和换热特性,研究了雷诺数、肋角度、肋片高度和肋间距对梯形带肋通道内空气流动及换热特性的影响,得出了气动性能和换热性能最优的肋片结构参数和布置方式,并在文章末为实际涡轮叶片通道的冷却设计提出了建议。研究发现,梯形通道两个带肋壁面上的换热系数都随着雷诺数的增大而增大;在所研究的雷诺数中,90°梯形带肋通道窄面的换热系数都要稍高于宽面上相应的换热系数;雷诺数从6000增大到30000,梯形通道宽面和窄面的换热系数分别提高了 2.6倍和3倍,综合热力系数分别降低了 59%和56%,通道摩擦因子增大了 18.1倍。梯形通道的综合热力系数比矩形通道高大约2.1%左右。45°梯形带肋通道宽面和窄面的换热系数和综合热力系数最高,带60°肋通道的压力损失最大。经计算,30°、45°、60°和90°梯形带肋通道窄面的综合热力系数分别比宽面高出了 1.9%、2.1%、3.9%和3.7%;45°梯形带肋通道宽面和窄面的换热系数较90°梯形带肋通道分别提高了 46.1%和53.3%,而综合热力系数分别提高了 31.3%和35.6%。梯形带肋通道宽面和窄面的换热系数和综合热力系数都随着肋片高度的增大先增大后减小,肋片高度为7.2mm时梯形带肋通道壁面换热系数和综合热力系数最高;肋片高度为12mm时梯形肋通道压力损失达到最大值。梯形带肋通道宽面和窄面的努塞尔数和综合热力系数都随着相邻肋片之间间距的增大而有所降低,P/e为5时梯形带肋通道壁面平均努塞尔数和综合热力系数最高;梯形带肋通道的压力损失随着相邻肋片之间间距的增大先增大后又减小,肋间距与肋片高度之比为15通道压力损失达到了最大值。经过计算,相邻肋片之间间距为5时梯形带肋通道宽面和窄面的平均努塞尔数比相邻肋片之间间距为20时分别高出了39.6%和23.9%,而综合热力系数分别高出了 46.6%和29.6%。综上,在设计涡轮叶片冷却通道时,如果优先考虑梯形冷却通道的气动性,建议在涡轮叶片冷却通道内布置30°和90°肋片,高度较低(e=2.4mm)且间距较小(P/e=5)肋片扰流冷却是航空发动机涡轮叶片内部冷却的一种主要冷却方式。早期的肋片扰流器,若重点考虑梯形冷却通道的换热性能或综合考虑流动和换热性能,即综合热力性能,则建议在冷却通道内布置45°,中等高度(e=7.2mm)且间距较小(P/e=5)的肋片扰流器。