5月1日，中国科大13系传热传质实验室硕士研究生周文力，浦健副研究员，王建华教授在国际著名学术期刊Experimental Thermal and Fluid Science 在线发表研究论文。

第一级涡轮叶片常常受到超高温燃气的直接冲刷，特别是叶片前缘区域承受着最高的局部热负荷，极易增加叶片的热损伤风险。目前，为了应对前缘区域局部高温的严峻挑战，采用多排气膜孔进行冷却保护。过去相关研究主要集中在气膜冷却的稳定出流特性上，但是主流和冷气之间的相互作用具有非稳定性，这促使人们更加迫切了解前缘非稳定气膜覆盖行为。由于现有的测量技术相对匮乏，对叶片前缘区的非稳定气膜覆盖和射流轨迹的分布研究还很少。

前缘不同区域上气膜孔倾斜角度对气膜浓度均方根分布影响示意图

本文提出了一种具有时间分辨的定量片光技术来捕捉气膜出流非稳定的覆盖分布和射流轨迹。另外，将典型的叶片前缘简化为带有双排交错气膜孔的圆柱体，其中一排孔布置在滞止线上，另一排位于下游线。瞬态试验表明，孔排间的相互作用可以产生更高的时均气膜冷却效率，但却提高了气膜出流的不稳定性，这对叶片的耐久性极为不利。相对于下游孔排，滞止线上的气膜喷射主导着更为强烈的不稳定性。气膜孔倾斜角对于滞止线上的气膜冷却不稳定性有着显著影响，而对下游几乎不敏感。沿叶片高度方向，不稳定性与孔的位置和孔倾斜角度之间存在随机的关系。因此，从气膜冷却的不稳定性出发，提出了气膜冷却设计的一些建议。在滞止线下游，具有小倾斜角的气膜孔更适合在叶片底部和中部区域，而大倾斜角(如90°)则更适合于叶顶区域，这是由于叶片的非稳性较低。在滞止线上，由于不同角度下存在明显的强不稳定性，建议采用新的孔形。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089417772030842