为了解单孔结构平板气膜的冷却特性，该文对不同吹风比条件下的流场(M=0.75，1.0，1.5)进行了数值模拟，计算域采用FNM(full non-matched)形式的蝶形结构化网格来模拟射流，计算格式采用了包括LU-SGS-GE(lower upper symmetric Gauss Seidel Gaussian Elimination method)隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD(monotone upstream-centred scheme for conservation
### 不同吹风比下平板气膜冷却数值模拟的关键知识点
#### 1. 气膜冷却技术背景
- **目的**: 提升燃气透平（如航空发动机、工业燃气轮机）的工作效率与功率输出。
- **挑战**: 高温气体（约1800K）远超金属叶片所能承受的温度，导致叶片寿命缩短和设备安全性下降。
- **解决方案**: 应用气膜冷却技术，在叶片表面形成一层保护性的冷气膜，以隔离高温气体直接接触叶片。
#### 2. 数值模拟方法
- **模拟对象**: 单孔结构平板上的气膜冷却特性。
- **参数设置**: 吹风比分别为M=0.75、1.0、1.5。
- **计算域**: 采用FNM(full non-matched)形式的蝶形结构化网格，用于精确模拟射流流动行为。
- **计算格式**:
- LU-SGS-GE (Lower Upper Symmetric Gauss Seidel Gaussian Elimination method)隐式格式：用于求解三维Navier-Stokes方程组，提高计算稳定性和效率。
- MUSCL TVD (Monotone Upstream-Centred Scheme for Conservation Laws, Total-Variation-Diminishing)格式：提供更高精度和分辨率的算法，以更准确地捕捉流场中的细节。
- **湍流模型**: 低Reynolds数双方程湍流模型（κ-ε模型），用于描述复杂的湍流效应。
#### 3. 计算结果分析
- **关键发现**: 随着吹风比的增加，气膜冷却效率降低。
- **物理机制**:
- 当吹风比较大时，射流更容易脱离壁面并与主流混合。
- 这种现象导致了卷吸作用的增强，减少了冷气膜的覆盖范围。
- 结果与实验数据一致，验证了数值模拟的有效性。
#### 4. 国内外研究现状
- **Leylek和Zerkle**的工作：使用κ-ω湍流模型对平板离散射流气膜冷却进行了数值预测。
- **Lakehal等人的研究**：探讨了不同吹风比条件下斜孔气膜冷却的特性。
- **研究趋势**: 不断探索更精确的模拟方法和技术，以提高气膜冷却的效率。
#### 5. 技术意义
- **理论贡献**: 通过数值模拟揭示了不同吹风比下气膜冷却的行为特征，为深入理解气膜冷却机理提供了理论支持。
- **实践应用**: 指导工程师们优化设计，提高燃气轮机等设备的工作效率和可靠性。
- **未来方向**: 继续开发更高级的数值模拟工具和技术，探索多孔介质中的气膜冷却行为，以及与其他冷却方式（如对流冷却）的协同作用。
这篇论文通过详细的数值模拟，深入探讨了不同吹风比条件下平板气膜冷却的特性及其对冷却效率的影响。这些研究成果不仅有助于深化对气膜冷却机理的理解，也为进一步提高燃气轮机等高温设备的性能提供了重要的理论依据和技术指导。
