涡轮叶片综合冷却效率实验研究 被引量：10

1

作者 钟博 郭昊雁 +1 位作者 魏景涛 杨卫华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期335-343,共9页

为了研究气冷涡轮叶片综合冷却效率及其影响因素,采用红外热像仪对叶片表面温度场进行了测量,同时在叶片中截面布置了15支热电偶用于校准红外热像仪的测量结果,获得了叶片表面温度场分布以及流量比、温比和落压比对叶片综合冷却效率的... 为了研究气冷涡轮叶片综合冷却效率及其影响因素,采用红外热像仪对叶片表面温度场进行了测量,同时在叶片中截面布置了15支热电偶用于校准红外热像仪的测量结果,获得了叶片表面温度场分布以及流量比、温比和落压比对叶片综合冷却效率的影响规律。实验结果表明:叶片温度场分布受内部冷却和外表面换热共同影响,叶片前缘与叶尖处于较高温度状态;在实验工况内,增加流量比可以有效提高叶片综合冷却效率,流量比从0.02增加到0.07时,平均综合冷却效率从0.426升高到0.645,提高了51.4%;温比对综合冷却效率影响不明显,但大温比可以降低叶片温度;落压比从1.3增加到1.5时,平均综合冷却效率由0.524上升至0.565,升高了7.8%。 展开更多

关键词 航空发动机 涡轮叶片 气膜冷却 综合冷却效率 红外修正

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涡轮导向叶片综合冷却效率实验研究 被引量：7

2

作者 王培枭 郭昊雁 +1 位作者 李杰 杨卫华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1568-1576,共9页

为了研究流动参数对涡轮导向叶片综合冷却效率的影响,采用红外热像仪对叶片表面的温度分布进行了测量,得到了叶片的综合冷却效率随流量比、温比、主流进口雷诺数和湍流度的变化规律。实验过程中,次流与主流的流量比分别为0.15,0.18,0.20... 为了研究流动参数对涡轮导向叶片综合冷却效率的影响,采用红外热像仪对叶片表面的温度分布进行了测量,得到了叶片的综合冷却效率随流量比、温比、主流进口雷诺数和湍流度的变化规律。实验过程中,次流与主流的流量比分别为0.15,0.18,0.20,0.22和0.24;主次流温比分别为1.4,1.7,1.93和2.2;主流进口雷诺数分别为1.0×10^5,1.1×10^5,1.2×10^5,1.3×10^5和1.4×10^5;主流进口湍流度分别为0.506%,8.156%,14.92%。结果表明,综合冷却效率在前缘处最低,沿流向逐渐升高;增大流量比会显著提高叶片的综合冷却效率,在温比为1.93时,流量比由0.15增大至0.24,综合冷却效率平均增加29.3%;温比和主流进口湍流度的增大均不利于综合冷却效率的提升,流量比为0.20时,温比由1.4增大至2.2,综合冷却效率平均下降46.5%,湍流度由0.506%增大至14.92%,综合冷却效率平均降低15.5%;主流进口雷诺数对叶片综合冷却效率的影响很小。 展开更多

关键词 综合冷却效率 涡轮导向叶片 流量比 温比 雷诺数 湍流度

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加力燃烧室双层壁隔热屏综合冷却效率的实验研究 被引量：7

3

作者 牛嘉嘉 刘存良 +2 位作者 刘海涌 肖翔 林建府 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期395-405,共11页

为了研究加力燃烧室双层壁隔热屏的冷却特性,进行了综合冷却效率的模化及关键参数的匹配,通过红外测温技术测量了气膜板主流侧的综合冷却效率分布,研究了冲击孔板开孔率(φ=0.5%,0.6%,0.7%,0.8%)和动量比(I=0.02~1.38)对双层壁隔热屏综... 为了研究加力燃烧室双层壁隔热屏的冷却特性,进行了综合冷却效率的模化及关键参数的匹配,通过红外测温技术测量了气膜板主流侧的综合冷却效率分布,研究了冲击孔板开孔率(φ=0.5%,0.6%,0.7%,0.8%)和动量比(I=0.02~1.38)对双层壁隔热屏综合冷却效率的影响。研究结果表明:实验室工况(主流与二次流温度比T_(g)/T_(c)=2)相对于发动机工况(T_(g)/T_(c)=4)的综合冷却效率偏差在0.054以内。沿着主流的流动方向,气膜平板主流侧的综合冷却效率波动增长。随着动量比的增大,冲击驻点区附近的综合冷却效率得到提升,气膜平板中下游的气膜覆盖形状逐渐消失,气膜平板上游的综合冷却效率增幅较大。随着开孔率的提高,冲击孔和气膜孔排布变密,冲击换热增强及气膜叠加效果提升,使开孔率由0.5%增大到0.8%时,面平均综合冷却效率提高21.2%,而主流和二次流的掺混加强了气膜平板主流侧的换热,导致综合冷却效率的增幅下降。 展开更多

关键词 加力燃烧室 隔热屏 冲击发散冷却 模化理论 匹配原则 开孔率 综合冷却效率

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气膜孔与冲击孔面积比和动量比对加力燃烧室双层壁隔热屏综合冷却效率的影响 被引量：5

4

作者 牛嘉嘉 刘存良 +2 位作者 刘海涌 肖翔 林建府 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期601-611,共11页

利用冲击/发散双层壁冷却结构可以有效加强冷却效果。针对加力燃烧室隔热屏高效冷却性能的发展要求,基于综合冷却效率模化理论和匹配原则,采用红外测温技术测量了加力燃烧室双层壁隔热屏的综合冷却效率分布,分析了气膜孔与冲击孔面积比(... 利用冲击/发散双层壁冷却结构可以有效加强冷却效果。针对加力燃烧室隔热屏高效冷却性能的发展要求,基于综合冷却效率模化理论和匹配原则,采用红外测温技术测量了加力燃烧室双层壁隔热屏的综合冷却效率分布,分析了气膜孔与冲击孔面积比(A_(f)/A_(i)=1,2,3,4)和动量比(I=0.02~0.88)等参数对加力燃烧室双层壁隔热屏冷却特性的影响规律。研究结果表明:综合冷却效率分布由冲击冷却、气膜冷却及冲击孔和气膜孔的相对位置决定。高冷效区域集中在冲击驻点附近和气膜覆盖的区域。沿着主流的流动方向,气膜板下游的综合冷却效率高于上游的综合冷却效率。随着动量比的增大,综合冷却效率增大。随着气膜孔与冲击孔面积比的增大,气膜板上游的综合冷却效率主要是由于冲击换热的增强而增大,气膜板中下游的综合冷却效率是由于冲击换热和气膜冷却效果的增强而增大。气膜孔与冲击孔面积比由1增大到3,面平均综合冷却效率提高72%,气膜孔与冲击孔面积比由3增大到4时,面平均综合冷却效率提高了12%。 展开更多

关键词 加力燃烧室 隔热屏 冲击发散冷却 面积比 综合冷却效率

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基于多参数的层板综合冷却效率实验研究及试验验证 被引量：1

5

作者 黄兵 时远 +4 位作者 李九龙 房人麟 张靖周 王春华 颜应文 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期149-156,共8页

采用正交实验设计方法,研究了冲击孔直径、扰流柱直径、气膜孔直径、冲击高度、轴向间距、展向间距和吹风比对层板综合冷却效率的耦合影响。研究结果表明:气膜孔直径、展向间距和轴向间距是综合冷却效率的主要结构影响因素,综合冷却效... 采用正交实验设计方法,研究了冲击孔直径、扰流柱直径、气膜孔直径、冲击高度、轴向间距、展向间距和吹风比对层板综合冷却效率的耦合影响。研究结果表明:气膜孔直径、展向间距和轴向间距是综合冷却效率的主要结构影响因素,综合冷却效率随气膜孔直径增大而增大,随展向间距和轴向间距增大而减小,相同开孔率时减小展向间距比减小轴向间距更有利于提高综合冷却效率;随着吹风比增大,综合冷却效率先快速后缓慢增大;根据实验结果拟合了层板综合冷却效率模型,拟合误差在±5%以内,经主燃烧室全环试验件高温高压试验验证,该模型预测的综合冷却效率最大误差为5.86%。 展开更多

关键词 层板 综合冷却效率 预测模型 多参数耦合影响 试验验证

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孔布局对切向发散结构综合冷却效率的影响 被引量：1

6

作者 杨光 邵卫卫 张哲巅 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期166-175,共10页

为了进一步提高燃气轮机燃烧室冷却效率,采用热流固耦合方法以及Realizable k-ε模型,在两种吹风比下,对4种不同布局的切向发散冷却结构的流动和传热特性进行了对比分析。研究结果表明,在吹风比2.2时,冷却射流之间相互独立,孔布局对切... 为了进一步提高燃气轮机燃烧室冷却效率,采用热流固耦合方法以及Realizable k-ε模型,在两种吹风比下,对4种不同布局的切向发散冷却结构的流动和传热特性进行了对比分析。研究结果表明,在吹风比2.2时,冷却射流之间相互独立,孔布局对切向发散冷却结构的影响较小。在吹风比10.4时,正对排列结构的冷却射流交叉互补,更易形成全覆盖冷却气膜;而采用交叉排列结构由于各排冷却射流互相叠加,抬升涡增强使得冷却射流脱离壁面,导致展向均匀性变差且综合冷却效率降低。沿轴向等间距比“前密后疏”排列的综合冷却效率峰值更高。正对且等间距排列结构具有最佳的冷却效果,随着吹风比的增大,综合冷却效率提升幅度最大为17.6%,比交叉排列的两种结构综合冷却效率高出约46%。基于模拟结果拟合了正对且等间距孔布局的首排孔冷却效率关联式,试验值与模拟结果的误差在±2%以内。 展开更多

关键词 燃气轮机 孔布局 切向发散 综合冷却效率 热流固耦合

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改善横向波纹隔热屏综合冷却效率的发散冷却结构优化

7

作者 张小颖 张靖周 +2 位作者 谭晓茗 曾文明 王春华 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期972-979,共8页

为改善横向波纹隔热屏综合冷却效果,采用三维数值模拟和基于支持向量机的代理优化模型,在给定的单位面积冷却空气流量下对发散冷却结构参数进行了优化研究。设计变量选取为气膜孔直径、气膜孔排布的展向间距和流向间距,以面积平均综合... 为改善横向波纹隔热屏综合冷却效果,采用三维数值模拟和基于支持向量机的代理优化模型,在给定的单位面积冷却空气流量下对发散冷却结构参数进行了优化研究。设计变量选取为气膜孔直径、气膜孔排布的展向间距和流向间距,以面积平均综合冷却效率作为目标函数,通过遗传算法搜索获得了设计变量区间内的优化设计点。在隔热屏单位表面积冷却空气流量Gf=2.647 kg/(m2∙s)的工况下,优化后的d、P和S分别为0.8、4和5 mm。研究结果表明,优化的隔热屏冷却结构应具有较小的气膜孔直径d和展向间距P,以及适中的流向间距S。相对于参考结构,优化后的发散冷却结构能够改善沿流向的气膜覆盖,缩减发散冷却起始段局部高温段,起到增强隔热屏发散冷却综合冷却效率的作用。 展开更多

关键词 横向隔热屏 发散冷却 综合冷却效率 数值优化

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双层壁冷却结构综合冷却效率和相对压力损失多目标优化

8

作者 王晨 张靖周 王春华 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期101-108,共8页

在典型燃烧室工作环境下,针对特定双层壁冷却结构,以综合冷却效率和相对压力损失为优化目标,采用径向基神经网络构建数学模型,通过遗传优化算法实现多目标优化,旨在提高其气动和传热性能。在给定的双层壁冷却结构参数范围内,优化后双层... 在典型燃烧室工作环境下,针对特定双层壁冷却结构,以综合冷却效率和相对压力损失为优化目标,采用径向基神经网络构建数学模型,通过遗传优化算法实现多目标优化,旨在提高其气动和传热性能。在给定的双层壁冷却结构参数范围内,优化后双层壁冷却结构的最大综合冷却效率为0.89,而相对压力损失可降至0.17%。 展开更多

关键词 双层壁冷却结构 综合冷却效率 相对压力损失 遗传优化算法

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涡轮叶片表面温度场及综合冷却效果试验研究 被引量：6

9

作者 邓丽君 宣文韬 +1 位作者 钟博 杨卫华 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期442-448,共7页

涡轮叶片温度场分布受到气膜孔排布方式和内冷通道的影响,涡轮叶片结构不同导致传热特性不同。为了更准确获得有气膜冷却条件下涡轮叶片综合传热特性,设计试验方法在叶片中截面采用埋入式热电偶测温,通过热电偶测温与红外测温结合获取... 涡轮叶片温度场分布受到气膜孔排布方式和内冷通道的影响,涡轮叶片结构不同导致传热特性不同。为了更准确获得有气膜冷却条件下涡轮叶片综合传热特性,设计试验方法在叶片中截面采用埋入式热电偶测温,通过热电偶测温与红外测温结合获取更准确的温度场,展开试验研究获得了流量比、温比和落压比对叶片综合冷却效率的影响规律。 展开更多

关键词 航空发动机 涡轮叶片 气膜冷却 温度场 综合冷却效率

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开孔率对加力燃烧室隔热屏冷却特性的影响

10

作者 刘海涌 牛嘉嘉 +1 位作者 刘存良 王睿 《航空发动机》 北大核心 2022年第6期64-70,共7页

为了分析开孔率对航空发动机加力燃烧室隔热屏流动和冷却特性的影响,建立了双层壁隔热屏结构。在给定冲击距、发散板与冲击板开孔面积比的条件下,对开孔率为0.6%和0.8%的冲击发散冷却结构进行数值模拟,获得了发动机真实工作状态下的气... 为了分析开孔率对航空发动机加力燃烧室隔热屏流动和冷却特性的影响,建立了双层壁隔热屏结构。在给定冲击距、发散板与冲击板开孔面积比的条件下,对开孔率为0.6%和0.8%的冲击发散冷却结构进行数值模拟,获得了发动机真实工作状态下的气动参数、几何参数对流量系数和综合冷却效率的影响规律。结果表明:冲击孔、发散孔流量系数沿主流方向略微增大,随着开孔率由0.6%增大到0.8%,不同吹风比下冲击孔的流量系数均减小,而气膜孔的流量系数变化不明显,在吹风比由0.2增加到0.8时,0.6%开孔率结构的综合流量系数增幅明显高于0.8%的;在吹风比为0.2时,0.6%开孔率结构上游区综合冷效优于0.8%开孔率结构的,而在下游区则正好相反,在吹风比为0.3~0.8时,0.8%开孔率结构各区域的综合冷效均高于0.6%开孔率结构的。 展开更多

关键词 加力燃烧室 隔热屏 冲击发散冷却 流量系数 综合冷却效率 开孔率 吹风比 航空发动机

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带起始气膜的大弯管发散冷却特性的数值研究 被引量：3

11

作者 赵一霖 谭晓茗 +2 位作者 张靖周 杨卫华 蒋坤宏 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2739-2747,共9页

针对带起始气膜的大弯管发散冷却特性开展了三维数值模拟,对有无起始气膜的大弯管发散冷却结构进行了对比分析,并开展了主流速度、开孔率等参数对带起始气膜的大弯管发散冷却特性的影响研究。结果表明:带起始气膜的大弯管发散冷却结构... 针对带起始气膜的大弯管发散冷却特性开展了三维数值模拟,对有无起始气膜的大弯管发散冷却结构进行了对比分析,并开展了主流速度、开孔率等参数对带起始气膜的大弯管发散冷却特性的影响研究。结果表明:带起始气膜的大弯管发散冷却结构能有效地改善无起始气膜的大弯管发散冷却结构前端冷效低的缺点,显著提高了大弯管整体的温度分布均匀性,平均综合冷却效率可提升10.8%~15.4%;主流速度的增大会增强主流与大弯管壁面的对流换热,引起壁面温度升高;开孔率的增加使得大弯管整体的综合冷却效率呈上升趋势,单位面积冷气流量的增加减小了开孔率变化带来的差异。 展开更多

关键词 回流燃烧室 发散冷却 大弯管 综合冷却效率 数值模拟

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平板冲击发散冷却流动与换热特性的数值模拟 被引量：5

12

作者 费昕阳 王新军 陆海空 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期57-61,72,共6页

采用ANSYS-CFX商用软件对模化平板冲击发散冷却结构中的流动与换热特性进行了数值模拟,对比了有、无固体域时冲击发散冷却的冷却效率,分析了不同吹风比时气体的流动结构、涡强度、综合冷却效率和流动效率的变化,分析了固体导热系数对冷... 采用ANSYS-CFX商用软件对模化平板冲击发散冷却结构中的流动与换热特性进行了数值模拟,对比了有、无固体域时冲击发散冷却的冷却效率,分析了不同吹风比时气体的流动结构、涡强度、综合冷却效率和流动效率的变化,分析了固体导热系数对冷却效率的影响。结果表明:冲击发散冷却同时具有冲击冷却和气膜冷却的优点,可以有效保护壁面;当吹风比增大时,冲击冷却的效果增强,肾型涡强度增大,气膜冷却效果减弱,但冲击冷却的影响优于气膜冷却,所以其综合冷却效率仍然提高了;气膜冷却部分有最大的局部压力损失系数,当吹风比增大时,总压力损失系数增大,流动效率下降;当固体导热系数增大时,冲击冷却的影响增大,综合冷却效率提高。该结果可为进一步冷却燃气轮机内工作部件提供参考。 展开更多

关键词 冲击发散冷却 数值模拟 吹风比 综合冷却效率

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环形燃烧室冷热态发散冷却性能的对比实验 被引量：1

13

作者 吉雍彬 杜世强 +2 位作者 虞江鹏 葛冰 臧述升 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期962-969,共8页

针对燃烧室发散冷却性能的研究,设计了3头部扇段模型燃烧室进行冷热态对比实验.通过对模型环形燃烧室内外环面上的温度进行测量,讨论冷热态时综合冷却效率分布差异,并考察了冷却空气量与主流空气量之比对综合冷却效率的影响规律.结果表... 针对燃烧室发散冷却性能的研究,设计了3头部扇段模型燃烧室进行冷热态对比实验.通过对模型环形燃烧室内外环面上的温度进行测量,讨论冷热态时综合冷却效率分布差异,并考察了冷却空气量与主流空气量之比对综合冷却效率的影响规律.结果表明:发散冷却在冷热态时的综合冷却性能差异显著,主要是由于燃烧反应的发生改变了燃烧室内流场和温度场,进而引起壁面热负荷变化;无论冷态还是热态,在旋流主流的作用下,内环面上的发散气膜相比于外环面更易吹离壁面.随着无量纲流量比的增加,面积平均综合冷却效率均随之增加,但增加幅度逐渐降低. 展开更多

关键词 发散冷却 低污染燃烧室 综合冷却效率

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陶瓷基复合材料端壁气膜冷却特性实验数值研究 被引量：6

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作者 杜昆 陈麒好 +5 位作者 孟宪龙 李华容 仝麒琬 王力泉 梁庭睿 刘存良 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期175-185,共11页

为了解决陶瓷基复合材料(CMC)各向异性导热特点而带来的温度场分布变化问题,基于热固耦合数值模拟手段并采用等效导热系数法将CMC端壁导热系数等效为X,Y,Z三个方向的宏观等效导热系数,研究了主传热方向与次传热方向导热系数比(R),主传... 为了解决陶瓷基复合材料(CMC)各向异性导热特点而带来的温度场分布变化问题,基于热固耦合数值模拟手段并采用等效导热系数法将CMC端壁导热系数等效为X,Y,Z三个方向的宏观等效导热系数,研究了主传热方向与次传热方向导热系数比(R),主传热方向与主流方向夹角(γ)与端壁冷效分布之间的关系。当端壁导热系数呈现各项异性特征时,端壁表面冷却带朝着主传热方向发生扭曲,R越大扭曲现象越明显。γ=0°时展向平均冷效峰值相比γ=90°要低15%~16%,而下游中心线冷却效率峰值则要高出11.1%~26.2%。对于无气膜覆盖的冷气出口上游区域,冷却带对主传热方向以及导热系数比的变化更为敏感。采用交错多排圆柱孔端壁结构进行了实验,对比了高温合金和CMC材料的综合冷效分布情况。在吹风比M=3~5情况下,CMC端壁的整体综合冷却效率比高温合金端壁低4.32%~5.10%,这主要是厚度方向导热系数的不同导致的。实验结果与理论模化公式结果符合良好,验证了模化公式的准确性。 展开更多

关键词 陶瓷基复合材料 各向异性导热系数 前倾扇形孔 多排孔端壁 综合冷却效率 热固耦合

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冲击孔位置对涡轮叶片冲击/气膜复合冷却特性影响的实验研究 被引量：1

15

作者 程想 丁俣中 +2 位作者 万红牛 冀文涛 陶文铨 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期59-71,共13页

为研究冲击孔位置对空冷涡轮叶片冲击/气膜复合冷却特性的影响,选择4种具有不同冷却结构的涡轮叶片开展了综合换热实验。实验叶片由低导热系数的树脂材料制成,分别为仅有气膜冷却结构的叶片0、具有正向冲击孔的叶片1、具有偏置冲击孔的... 为研究冲击孔位置对空冷涡轮叶片冲击/气膜复合冷却特性的影响,选择4种具有不同冷却结构的涡轮叶片开展了综合换热实验。实验叶片由低导热系数的树脂材料制成,分别为仅有气膜冷却结构的叶片0、具有正向冲击孔的叶片1、具有偏置冲击孔的叶片2以及具有交错偏置冲击孔的叶片3。使用红外热像仪拍摄得到实验叶片表面温度分布。实验结果表明,涡轮叶片综合换热特性由内部冷却和外部冷却共同决定。在吹风比较大时,射流冲击强化了冷却剂和叶片内壁面之间的换热,导致具有冲击冷却结构的叶片1、2、3相对于叶片0综合冷却效率提升了3.1%~6.7%。其中,因为冲击孔偏置,叶片2和3的冲击强化换热区域相对独立于叶片表面气膜覆盖区域,所以叶片2和3的综合冷却效率分布更为均匀,且大于叶片1。叶片0仅有气膜冷却结构,紧邻气膜孔出流位置冷却剂动能较大,在气膜孔出口下游冷却剂再贴壁形成热防护,使得距离气膜孔较远的区域冷却效率升高。在吹风比较小时:仅有正向冲击的叶片1相对于叶片0的综合冷却效率有所提高;由于偏置冲击消耗了更多了冷却剂动能,叶片2和3的综合冷却效率相对于叶片0明显降低,当吹风比为0.2时,二者分别下降了6.7%和11.6%。 展开更多

关键词 涡轮叶片 冲击孔位置 冲击/气膜复合冷却 综合冷却效率

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