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本文以“Cast Cool”叶片中采用的双层冲击/气膜复合冷却结构为对象,分别对静止和旋转条件下双层冲击/气膜复合冷却结构的流动和换热特性开展研究。首先在静止条件下,对双层结构受限小空间内冲击射流产生的旋流对冲击孔板的加热作用以及对整体换热效果的影响开展试验研究,通过改变双层结构的冲击间距比(冲击间距和冲击孔直径之比H/D),冲击射流Re数等参数,研究了各组参数变化时冲击旋流的强化换热效果,详细分析了冲击旋流在受限空间内的强化换热特点及变化规律。试验结果表明,随冲击雷诺数Re提高,冲击孔板热流密度与总加热热流密度之比q 2 /q1呈现减小趋势。当冲击间距比H/D增大, q 2 /q1的变化并非单调,出现先增加后减小的趋势。在试验工况下,冲击旋流对冲击孔板强化换热的作用范围大致为冲击孔4.5～6D的区域内,q 2 /q1变化范围为9%～20%。随后,在分析总结静止条件下冲击旋流对双层结构内换热贡献的基础上,在旋转条件下,开展了旋转条件下不同湍流模型适用性的验证比较;然后模化出双层冲击/气膜复合冷却结构,在旋转条件下针对复合冷却结构进行数值计算,通过大量计算讨论了不同旋转数下,冲击间距和冲击孔倾角以及吹风比对双层结构受限空间内流场结构和换热特性的影响规律。研究结果显示,旋转对冲击射流的偏转和对气膜出流的加速作用影响不同,从而造成双层段不同区域壁面温度分布以及冷却效率随转速的变化规律不同。垂直冲击时随冲击间距增大冷却效率下降,而倾斜冲击(30°)时冷却效率随冲击间距变化并非单调。垂直冲击随吹风比增大冷却效果上升,而倾斜冲击(30°)时冷却效率随吹风比变化并非单调。研究表明,小间距受限空间内,冲击射流会发生偏转形成旋流并直接影响了整体的换热效果,而冲击射流的偏转同时受旋转方向、速度、双层壁的几何结构参数以及吹风比等参数的共同作用,呈现出复杂的交互影响规律。