近日，工程热物理研究所先进燃气轮机实验室在透平叶片叶身吸力面气膜冷却方面取得了研究进展。提高透平入口温度可以提高燃气轮机的热效率，基于这个原因当前燃气轮机透平叶片的工作温度已经达到了1600℃以上，远远超过了叶片合金材料的耐温极限。为了保证透平的安全稳定运行，研究人员尝试通过发展异形气膜孔结构来提高气膜冷却效率。 

　　研究人员将目前气膜冷却经常采用的扇形孔更换为图1中的槽型扩张孔，四种槽型扩张孔的横截面积均与扇形孔保持一致。由早期研究可知，不同侧壁形状的槽型扩张孔表现出三峰、双峰和单峰的不同气膜冷却分布模式。槽型扩张孔在平板上对气膜冷却性能的提高作用已经通过实验得到验证，由于流向压力梯度、曲率、以及三维效应的影响，叶片上的流动情况更为复杂。此次研究将槽型扩张孔应用到了叶片吸力面，通过在吸力面两个不同位置布置单孔和单排模型来研究气膜孔孔形和叶片三维流动对气膜冷却效果的影响。开孔位置选定为叶片吸力面上较为常见的两种情况，分别为具有正向压力梯度并且曲率较大的加速流动区域和具有逆向压力梯度并且曲率较小的减速流动区域，如图2所示。 

　　结果表明，相较于目前工程上广泛应用的扇形孔，槽型扩张孔具有更宽的展向覆盖面积，可以使气膜冷却效率得到进一步提高，如图3所示。改善效果受到气膜孔形状、开孔位置、吹风比等因素的综合影响。其中在高吹风比条件下，具有半圆侧壁和大截面长宽比的槽型扩张孔可将面平均的气膜有效度提高20%以上，在吸力面两个典型位置分别提高了22.74%和24.80%。这项研究成果对重型燃机透平叶片气膜冷却设计具有支撑作用。 

　　以上研究工作得到国家自然科学基金的支持。 

图3 扇形孔和槽型扩张孔(semi2)的气膜有效度 

图4 不同孔形面积平均气膜有效度对比