Приведены результаты численного моделирования в ANSYS CFX пленочного охлаждения плоской пластины при однорядной системе цилиндрических отверстий и сравнение их с экспериментальными данными. Путем корректировки констант выполнена адаптация SST модели турбулентности, позволяющая повысить достоверность результатов расчета эффективности пленочного охлаждения. Рассмотрено влияние адаптации модели на расчет теплообмена и гидравлического сопротивления.

Представлены результаты численного моделирования в ANSYS CFX пленочного охлаждения плоской пластины при однорядной системе цилиндрических отверстий и сравнение их с экспериментальными данными. Путем корректировки констант выполнена адаптация SST модели турбулентности, позволяющая повысить достоверность результатов расчета эффективности пленочного охлаждения. Исследование влияния адаптации модели турбулентности на расчет теплообмена показало, что рекомендованное уменьшение турбулентного числа Прандтля до 0,4 приводит к значительному завышению расчетной интенсивности теплоотдачи. В связи с этим рассмотрен подход выполнения локального изменения турбулентного числа Прандтля лишь вблизи отверстия выпуска воздуха.

Досліджено плівкове охолодження вхідних кромок лопаток турбін газотурбінних двигунів при подачі охолоджувача в трирядну систему радіальних і паралельних циліндричних отворів. Розглянуто варіанти трирядної системи з віяловими отворами, а також отворами, розташованими у напівсферичних поглибленнях і траншеях. У всіх розглянутих випадках діаметр отворів d = 0,5 мм, відносний крок отворів в поперечному напрямку t/d = 4; кут нахилу отворів до охолоджуваної поверхні β = 30°; відношення діаметра отворів до діаметру вхідної кромки 0,1. Усі ці значення є характерними для вхідних кромок лопаток турбін. Дослідження виконано для діапазону параметра вдуву від 0,5 до 2,0 на моделі з циліндричною вхідною кромкою та плоскими стінками за нею, а також на моделі лопатки в умовах реального профілю лопатки. Використано метод математичного моделювання, усі розрахунки виконано у програмному комплексі ANSYS CFX 14.5. Результати попередніх тестових розрахунків показали, що найкращий збіг з експериментальними даними забезпечує SST модель турбулентності. Розглянуто три варіанти радіальних систем плівкового охолодження з різними кутами відхилення ряду бокових отворів від центральної лінії (α = 15°, 30° і 45°), визначено його вплив на ефективність плівкового охолодження вхідної кромки та плоскої стінки за нею. Для системи з радіальним розміщенням отворів найбільша ефективність забезпечується у схемі з α = 15°. При α = 45° та m = 0,5 спостерігається різке зниження ефективності плівкового охолодження, тому що охолоджувач витікає на поверхню вхідної кромки лише через боковий ряд отворів, у той час як у центральний ряд отворів затікає основний потік (газ). Установлено, що система паралельних отворів більш ефективна в порівнянні із системою радіальних отворів. Підвищення ефективності плівкового охолодження досягнуто тільки для системи отворів у траншеях. Вивчено структуру потоків, досліджено вплив кривизни поверхні, градієнтів швидкості та статичного тиску в умовах міжлопаткового каналу на розподіл ефективності плівкового охолодження для радіальної системи отворів. Установлено, що ці фактори призводять до істотного перерозподілу витрати охолоджувача між рядами отворів і, як результат, до зміни розподілу ефективності плівкового охолодження в порівнянні з моделлю з плоскими стінками за вхідною кромкою.