机械工程学报

作者：张传亮, 刘瑞, 宋权斌, 王子艺

单位：长沙理工大学能源与动力工程学院 长沙 410114

关键词：气膜冷却,B样条曲线,最优孔形,优化算法,均匀性指数；

基金：湖南省自然科学基金(2024JJ9177)资助项目。

气膜冷却作为涡轮叶片中一种行之有效的冷却技术，其中气膜冷却孔的出口孔形对气膜冷却效率的提升具有重要影响。采用B样条曲线对气膜冷却孔进行参数化建模，设计了由11个控制变量定义的B样条曲线来精确调控孔形结构，并结合CFD数值模拟和优化算法进行全局优化。研究结果表明，最优孔形相比于扇形孔在前缘区域表现出向内收缩并展向扩张的特征，后缘则呈现类似于心形孔的内凹特征。该孔形结合了心形孔与扇形孔在气膜冷却性能上的优势，在流向方向上提高了中心气膜冷却强度，在展向方向的覆盖能力得以加强，表现出优异的气膜冷却性能。在吹风比M=1条件下，与扇形孔相比，最优孔形的气膜冷却效率提高了13.6%，均匀性指数提升了5.11%。研究提出B样条参数化与优化算法全局寻优的气膜冷却孔形设计方法，为涡轮叶片气膜冷却优化设计提供了有价值的参考。

来源：2025年第20期

《机械工程学报》期刊编辑部

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