基于控制容积法对三维定常不可压缩N-S方程进行离散,采用非结构化网格及两层k-ε湍流模型,在吹风比M为0.6和1.2的情况下,数值模拟了气膜孔几何形状对涡轮叶片气膜冷却效果的影响,得到了气膜孔附近的流场分布。所选孔形为圆柱孔、前向扩张孔、开槽前向扩张孔及新型缩放槽缝孔。结果表明：圆柱孔的冷却效率随着吹风比的增加而显著地降低;开槽前向扩张孔的冷却效率优于圆柱孔和前向扩张孔;缩放槽缝孔在不同吹风比下的冷却效率均高于其它3种孔形,缩放槽缝孔和开槽前向扩张孔不同程度地抑制了反向涡旋对的产生,提高了射流对壁面的贴附性,增强了壁面的冷却效果。

为了研究某航空发动机高压涡轮动叶吸力面的气膜冷却特性,通过数值模拟的方法,采用SST k-ω湍流模型,分析了高压涡轮动叶在静止和旋转条件下,吸力面气膜冷却效率的影响规律。结果表明:在静止条件下,相同主流湍流度时吹风比对吸力面气膜冷却效率影响显著,冷却效率随着吹风比的增大而减小;在小吹风比下,气膜冷却效率随着主流湍流度的增大而减小;在大吹风比下,气膜冷却效率随着主流湍流度的增大而增大。在相同湍流度和转速下,随着吹风比的增大,气膜向高半径偏转程度减小;在相同湍流度和吹风比下,随着转速的增大,气膜沿流向上的气膜覆盖面积减弱。优化结构的扇形气膜孔对叶片吸力面具有更好的冷却效果。