气膜冷却叶栅内非定常旋涡结构及冷却效果的研究

气膜冷却在保护燃气轮机叶片、火箭喷管、动力喷管和航天器结构中起到了重要的作用，也有望用于保护未来超燃发动机推动的超高音速飞行器的受热部件，因此，准确预估气膜冷却的效果对燃气轮机叶片等的设计起着至关重要的作用。同时，由于横向紊动射流是存在于气膜冷却叶片内的基本流动形式，冷气射流与高温横流的相互掺混会形成复杂的非定常旋涡结构，直接影响射流主体的发展，因而揭示其旋涡形成机理及发展规律的研究具有重要的学术意义。本课题通过对平板、静止和旋转气膜冷却叶栅内部三维、非定常、多种射流孔型、多角度出射横向紊动射流的多种旋涡结构以及冷气射流与高温横流之间的传热特性进行深入研究，提出适用于模拟横向紊动射流的湍流模型和相应数值计算方法，并结合热线风速仪和可视化实验的结果深入揭示横向紊动射流旋涡结构的形成机理，提出控制涡系和降低能量消耗的方法，从而为指导工程设计、优化冷却效果提供可靠的理论依据。