短扰流柱排被广泛的应用于涡轮叶片的内部冷却结构中,尤其是叶片尾缘。本文根据已有的静止状态下非圆形扰流柱排流场和换热的试验数据,使用广泛应用的大型商业软件FLUENT对部分试验工况进行了模拟和校核计算,并探求用数值计算的手段模拟旋转效应,研究装有非圆形扰流柱排的旋转矩形通道内的流动与换热特性。 计算中选用了三种不同截面形状的扰流柱:方形、钻石形和液滴形,扰流柱排的几何参数为S/D=4,H/D=1.33,X/D=2.7,3和4。计算了不同进口雷诺数(Re=20000～80000)、旋转数(Ro=0～0.3)和温差(AT=20～100K)下,装有非圆形扰流柱的矩形通道在静止和旋转状态下端壁的局部压力分布、速度分布和换热分布。由于旋转状态下,流场会受到离心力、哥氏力和浮升力的影响,本文用三个无量纲准则数即进口雷诺数、旋转数和浮力数来对研究旋转对流场和换热的影响。 计算结果表明:旋转状态下,哥氏力会使得垂直于来流截面的速度分布不对称,速度峰值偏向迎风面,在靠近背风面处的扰流柱附近会有涡的形成。当旋转数Ro较小时,出入口压力差随旋转雷诺数的增加而减小,当Ro超过某一临界值后,压力差反而增大。 旋转使得各壁面的换热得到增强,并且迎风面的换热比背风面强,并且随着旋转数的增大,迎风面与背风面平均Nu数的差别越来越大,但随进口雷诺数的增大,迎风面和背风面的换热差别越来越小:随着旋转的增强,通道端壁各段的换热变化呈现出不同的规律,进口区端壁的换热会增强,而扰流柱区以及尾缘区的换热则先减后增。在静止和旋转状态下,平均换热系数会随着进口雷诺数的增加而增大:随着浮力数的增大而增大。钻石形扰流柱排的换热最强,方形次之,液滴形最弱;相应地钻石形扰流柱排的压力损失最大,方形次之,液滴形最小。 另外,根据计算结果拟合了计算工况范围内旋转数与努塞尔数的关系式和浮力数与努塞尔数关系式,得出旋转数、来流雷诺数、浮力数、温差对努塞尔数的影响因子,及其变化规律,即旋转数和浮力数越大对努塞尔数的影响越大,温差增加则努塞尔数减小,来流雷诺数增加努塞尔数增大。