在航空发动机涡轮叶片的内冷通道中,短扰流柱群得到了广泛的应用,在强化了换热的同时也带来了很大的流动损失。各国学者通过改变扰流柱的几何结构和排列间距来提高扰流柱群的综合性能,作了大量的研究工作,但主要局限于流线型不理想的扰流柱。本文首次提出了一种具有良好流线外形的新型扰流柱—水滴形扰流柱,并对装有水滴形扰流柱群的通道进行了试验研究和数值模拟。 用试验和数值模拟两种方法比较了圆形、椭圆形和三种水滴形扰流柱群的换热和压力损失特性。结果表明:三种水滴形扰流柱的平均努射尔特数比圆形扰流柱的降低了 23.9%左右;而平均压力损失系数分别约比圆形扰流柱的降低了 48.9%、56.0%和60.9%。 通过数值计算,探讨了扰流柱的迎角、高度和通道形状对扰流柱通道的换热特性和压力损失特性的影响。雷诺数从 10000 到 40000 的范围内,随着雷诺数的增加,扰流柱通道的换热能力增强,而其压力损失系数呈现下降的趋势。随着扰流柱迎角的增大,扰流柱通道的换热系数和压力损失系数都增加,但压力损失系数增加的幅度比较大。扰流柱高度的变化对压力损失系数的影响不明显,10mm 高度扰流柱通道的换热能力比 6mm 和 15mm 的强。装有水滴形扰流柱群的收缩通道的换热能力约是矩形通道的 1.3 倍,其压力损失系数激增至后者的 3-4.5 倍。 本文获得的有关水滴形扰流柱群的换热和流动损失特性的大量数据,为航空发动机涡轮叶片优秀冷却技术的选择提供了充分的理论依据。