燃气轮机和航空发动机作为民用工业和军事工业中能源转换的重要设备,一直扮演着重要角色。航空发动机推力和效率的提高依赖于涡轮入口温度的提高,但是涡轮入口温度的提高受限于涡轮材料的耐高温性能和涡轮冷却技术的改进。凹坑冷却作为一种优良的被动冷却技术被引入并应用于涡轮叶片的尾缘,凹坑冷却技术应用于涡轮叶片中的优势主要体现在其以较低的压力损失获得了较好的换热性能。凹坑冷却的研究起始于球形凹坑通道冷却,而后在此基础上研究了凹坑本身的深度、形状和角度等因素和相邻凹坑间的流向间距和展向间距因素对流动和换热的影响。本文研究了叠状凹坑通道和椭圆形凹坑通道中内部流向间距和凹坑深度因素对流动结构和换热性能的影响。随着流向间距的增大,叠状凹坑内部附面层的流动形态发生了较大变化,但椭圆形凹坑内部附面层流动形态未发生较大变化,其主要体现于叠状凹坑内部初始分离中附面层中的涡流与再循环流动被脊阻断和叠状凹坑内部后一个凹坑中出现流动附着。随着凹坑内部流向间距的增加,两类凹坑通道加热底面的综合换热系数变低;同时相同内部流向间距时,叠状凹坑的综合换热系数要稍高于椭圆形凹坑。对间距为0.25D的凹坑冷却通道的瞬态模拟研究发现,叠状凹坑内部中存在背风面马蹄涡、中部类龙卷风涡和尾缘发卡涡三种主涡以及脊处C型涡、前缘和尾缘的附体涡。类龙卷风涡将凹坑内部前一个凹坑中的附面层流体卷吸带走,使得凹坑内部后一个凹坑中形成良好的流动附着,而且类龙卷风涡主导了尾缘的发卡涡对。升起的发卡涡对和平流的类龙卷风涡对引起了换热增强,同时由于脊的存在,背风面马蹄涡和中部类龙卷风涡在叠状凹坑的脊处引起了换热增强。