基本介紹
- 中文名：薄膜冷卻
- 外文名：film cooling
- 領域：熱防護工程
- 別稱：氣膜冷卻
- 理論依據：薄膜的質傳遞原理
- 套用：燃氣輪機零件
原理,全氣膜冷卻,套用,
原理
通過壁面上冷卻薄膜的把溫度較低的氣體冷卻劑通過切向縫隙輸送到需要熱防護的壁面上，沿著高溫氣流的流向形成薄膜 (圖中a)。這層薄膜把固體壁面與高溫氣流隔離開來，從而防止壁面因直接接觸高溫氣流而超溫損壞。冷卻劑自縫隙噴出以後，與高溫氣流匯合併逐步摻混，氣冷薄膜的隔熱作用也隨之逐步消失。因此薄膜冷卻的有效作用距離是有限的。如果要延長冷卻距離，就需要接力式地在下游再添加冷卻劑噴射縫隙（圖中b）。
全氣膜冷卻
整個壁面基本上被分段氣冷薄膜有效覆蓋的冷卻稱為全氣膜冷卻。它與一種與理想冷卻方案──發散冷卻相近似，而又現實可行的冷卻技術。當結構上受限制而無法設定縫隙時（見燃氣透平），常採用點陣式排列的許多傾斜小孔來噴射冷卻劑。對於切向縫隙，加大冷卻劑的噴射速度和流量通常都會提高冷卻效果，但是對於小孔噴射則複雜一些，因為小孔軸線與壁面或傾斜、或垂直，冷卻劑的噴射速度達到一定值以後，它將穿透薄膜而直接進入高溫氣流。不但不能形成隔熱氣膜，反而可能因為增強擾動、促進摻混而降低冷卻效果。
套用
薄膜冷卻有效地套用於燃氣輪機燃燒室和透平葉片等高溫零部件，以及其他需要熱防護的新技術裝備上(如電漿噴槍等)。
由於冷卻薄膜流動的複雜性，雖然近年來人們對它開展的廣泛研究已經取得眾多成果，利用邊界層理論和射流等方面的數值計算技術在很多情況下已可進行設計計算，但是採用近似的或模擬的方法進行的這類計算還不夠成熟，多數的設計基本上仍將依靠由實驗方法得到的經驗數據。
