燃气轮机燃烧室过渡段是承接燃烧室火焰筒与透平进口的连接部件,燃气轮机“先加热后降温”的工作原理使过渡段极易产生热疲劳和烧蚀等现象。而现代工业对燃气轮机使用效率的更高追求导致燃气温度不断升高,热部件工作环境不断恶化。因此,如何对过渡段等关键热部件进行有效热防护是燃气轮机领域今后的主要研究方向。本文以过渡段作为研究对象,通过计算流体力学仿真分析的方法,结合沙丘成形理论设计了冲击冷却中加入沙丘形肋式扰流结构的新型复合冷却方式,主要进行的工作如下:(1)建立带有沙丘形肋式结构换热表面的双腔式过渡段简化模型。首先根据Andreotti的二维新月形沙丘输运模型绘制沙丘剖面曲线。随后建立沙丘剖面形状的肋式扰流结构模型并将其缩放应用于燃气轮机过渡段简化模型中。最后建立相同结构参数的拱形、矩形肋式结构换热表面以及不同结构参数的沙丘形肋式结构表面。(2)沙丘形与多种肋式结构换热表面换热特性分析。在某F级重型燃气轮机的实际工况下,应用计算流体力学软件分别对光滑、拱形、矩形及沙丘形肋式结构换热表面进行有限体积法(FVM)仿真分析。主要对三种肋式结构的流场特性,压力损失及换热机理进行探讨。结果表明:在本文工况下,相比拱形和矩形,沙丘形肋式结构表面具有更优的换热效果及更低的流阻。先凹后凸的表面曲线是沙丘形肋式结构能以较小的流阻带来较强换热性能的主要原因之一。(3)沙丘形肋式结构参数对冲击冷却的关键技术研究。分别讨论了冲击孔与沙丘形肋式结构间距L(30、40、50、60、70mm),肋高与腔体高之比H/D(0.18、0.23、0.34)对沙丘形肋式结构换热性能的影响。结果表明:L=30,H/D=0.23的沙丘形肋式结构具有更好的综合性能,合适的H/D可以使冷却介质贴附沙丘形肋式结构流动,对改善局部过热有较好的效果。