2021年12月，中国科大热科学和能源工程系博士研究生黄鑫、浦健研究员与王建华教授合作，在国际著名学术期刊International Journal of Heat and Mass Transfer发表研究论文。

随着双层壁冷却逐渐成为航空发动机涡轮叶片的主流冷却技术，气膜板也朝着越来越薄的方向发展，这也导致气膜孔的长径比越来越小。因此针对小长径比气膜孔的结构优化设计是一个重要的课题，将短气膜孔嵌入在利用热障涂层形成的沟槽中以及应用复合角是具有较大潜力的优化方向，简单的加工方式也具有较大的使用价值。

在本次工作中，深入讨论了气膜孔长径比、沟槽深度、复合角度和冷却空气流量对沟槽孔冷却效率，换热特性以及压力损失的影响。其中气膜冷却效率和换热系数通过红外热成像技术测量，射流的空气动力学损失通过压力测量进行估算，并使用数值模拟提供了必要的流动细节。

长径比对气膜冷却效率和射流流动机制的影响

结果揭示了长径比、沟槽深度、复合角度对射流机制的影响，并清楚地捕捉到了气膜冷却效率随上述参数复杂的变化趋势。长径比从5.0减小到2.0会导致沟槽孔的气膜效率和净热流减少量最多降低44％以及60%。为了有效提气膜效率并降低壁面热负荷，建议将具有小长径比的气膜孔嵌入更深的沟槽中，而沟槽深度的增大对压力损失的影响少于5％，可以忽略不计。若受到加工工艺的限制，具有较浅沟槽的气膜孔可以通过应用复合角来提高气膜冷却效率以及降低壁面热流，但这可能导致较大的空气动力损失。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122328