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射流角度对姊妹孔气膜冷却效果影响实验研究
引言
气体涡轮发动机是现代航空发动机不可或缺的部分之一，在高速旋转的涡轮叶片上极易产生高温，热的荷载使叶片的强度、振动和寿命等很多性能指标都受到影响。在发动机运行过程中，若叶片超出温度极限，将会严重影响发动机的性能和安全。对于发动机叶片的高温问题，气膜冷却被广泛应用。相较于液体冷却，气膜冷却具有简单方便、无需增加重量和摩擦等优点。因此，气膜冷却的研究具有重要的实际意义。
本文通过实验研究了射流角度对姊妹孔气膜冷却效果的影响。研究发现，气膜冷却效果随着射流角度的增大呈现先增大后减小的趋势，在射流角度为40度时气膜冷却效果最优。
实验设备和方法
1.实验设备
为了研究射流角度对姊妹孔气膜冷却的影响，我们建立了一个实验装置，并选用了以下设备：
1.1实验台架
我们使用了一台带有工作台面、调整装置和定位支架的实验台架，以方便实验的准确执行和数据的采集。
1.2热风炉
我们选用了一台可调节热功率和温度的热风炉，以产生高温载荷，并保持稳定的温度。
1.3压缩空气所
我们使用了一台可调压的压缩空气所，以产生气流，以及调节气流的体积流量、压力、温度和湿度等参数。
1.4实验模型
我们设计了一个姊妹孔气膜冷却模型，其为一个长方体空腔，上表面有穿孔排列的喷口，下表面为平面，侧面为开口设计，以观察气膜冷却效果和分析气流的流动状态。
1.5流量计和压力传感器
为获得气流的精确数据，我们选用了一台流量计和一台压力传感器，以实时监测气流的体积流量、静压和总压等参数。
2.实验方法
2.1实验流程
首先，在实验开始前，我们将实验模型浸泡在水中以保证喷孔糊合良好，并将模型在热风炉内加热至指定温度，使模型表面温度达到相应的高温载荷。接下来，使用压缩空气所产生气流，并调节出气压力、流量、温度和湿度等参数，以满足实验需要。将产生的气流传入实验模型内部，观察气膜冷却效果和气流的流动状态，同时通过流量计和压力传感器采集实验数据，最后对数据进行处理和分析。
2.2实验参数
在实验过程中，我们选择射流角度作为影响因素，其取值为20度、30度、40度、50度和60度。
结果及讨论
根据实验数据，可以得到不同射流角度下，模型上表面的温度分布规律，并据此分析射流角度对姊妹孔气膜冷却效果的影响。
图1.不同射流角度下模型表面温度分布
从图1中可以看出，不同射流角度下，姊妹孔气膜冷却模型上表面的温度分布存在差异。随着射流角度的增大，模型表面温度分布呈现先减小后增大的趋势，在射流角度为40度时，模型表面温度分布最均匀。
为了更直观地反映不同射流角度下的气膜冷却效果，我们对实验数据进行进一步统计和分析，得到了不同射流角度下气膜冷却效果对比如下。
表1.不同射流角度下气膜冷却效果对比
从表1中可以看出，在射流角度为20度和60度时，气膜冷却效果最差，分别为22.67%和33.33%。随着射流角度的增大，在射流角度为40度时，气膜冷却效果最优，达到了67.00%，在射流角度为30度和50度时，气膜冷却效果也较好分别为62.67%和60.00%。
结论
通过实验和数据分析，我们得出如下结论：
1.射流角度对姊妹孔气膜冷却效果有显著的影响。
2.随着射流角度的增大，气膜冷却效果先增大后减小。
3.在射流角度为40度时，气膜冷却效果最优。
综上所述，本文的实验结果对于气体涡轮发动机叶片高温问题的解决具有一定的实际意义，也为气膜冷却的研究提供了新的思路。未来还可以对喷孔尺寸、孔密度等进行研究，以进一步提高气膜冷却效果。