商业飞行器可能会在充满灰尘的环境中运行,例如:在沙漠中起飞、降落,或者穿过火山灰云层。在这种环境下运行会导致外来灰尘中的颗粒堆积在燃气透平高温部件的外表面。如果颗粒形成堆积(文中简称:沉积模型)在高温表面的关键区域,就会导致表面粗糙度增加;如果颗粒在气膜孔的出口堆积,就会造成气膜孔的局部堵塞(文中简称:堵塞模型)。不管颗粒堆积形成沉积还是堵塞气膜孔都会造成高温部件原设计冷却系统性能的改变,影响冷却效率,长此以往,甚至可能会导致机毁人亡的严重后果。目前为止,关于燃气透平高温部件表面外来颗粒堆积对冷却特性影响的研究,仅局限在单纯沉积和单纯堵塞模式。但是,在飞行器实际运行时,这种外来颗粒在高温部件表面的沉积与气膜孔局部堵塞是可能同时发生的。因此,本文除了研究单纯颗粒沉积和气膜孔堵塞问题以外,首次对沉积与堵塞对冷却特性的耦合(文中简称:耦合模型)作用进行及比较全面的实验研究和报道。为了突出颗粒表面沉积及气膜孔局部堵塞对流动特性的影响,本文忽略了壁面材料的导热影响,在主流和冷气流无温差条件下,根据传热与传质相似性原理,利用罗丹明溶剂在纯净水中的感光特性,借助于PLIF光学测量技术,捕捉罗丹明浓度扩散特性,探讨颗粒堆积对气膜孔出流三维浓度场的影响。在本次试验中,除了分别研究了单独沉积模型以及单独气膜孔堵塞模型的影响以外,还分析了沉积和堵塞耦合模型对气膜冷却特性的影响。主要研究模型分如下六种:两种单纯的沉积模型,即:1)颗粒大量堆积在气膜孔上游,堆积物峰值高度为1.5d(d为气膜孔直径),文中简称为:沉积模型D1.5-B0;2)不仅存在于气膜孔上游,峰值高度为ld,而且在下游集聚成槽,文中简称为:沉积模型D1-B0。两种单纯的堵塞模型,即:1)只存在于气膜孔前缘(Leadingedge)的堵塞模型DO-LB;2)只存在于气膜孔的尾缘(Trailing edge)的堵塞模型D0-TB。两种沉积和堵塞同时出现的耦合模型,即:1)颗粒沉积与前缘堵塞的耦合模型D1.5-LB;2)颗粒沉积与尾缘堵塞的耦合模型D1-TB。通过实验,我们发现了很多之前的研究没有报道的有趣结论:1.对于单独堵塞而言,后缘堵塞(D0-TB)导致冷却效率下降和气膜覆盖长度降低,且下降的幅度随堵塞率的增加而增加;前缘堵塞(D0-LB)导致气膜冷却效率的增加和气膜覆盖长度的增加,且随着堵塞比的增加,增加的幅度增加。2.对于单独沉积而言,沉积模型(D1.5-B0)导致气膜冷却效率增加,而沉积模型(D1-B0)导致槽内展向冷却效率的增加,但冷却面积减少。3.对于沉积和堵塞耦合模型D1.5-LB,实验展示耦合模型的作用与单独堵塞模型DO-LB的相反,即:在单独堵塞模型DO-LB中,冷却效率随堵塞率增加而增加,但在耦合模型D1.5-LB中,随着堵塞比的增加冷却效率降低。4.在相同的吹风比时,耦合模型D1.5-LB的冷却效率高于基准模型D0-B0(没有堵塞和沉积存在的理想模型)。5.在相同的堵塞比时,较大的吹风比导致更高的冷却效率和更长的气膜覆盖面积。6.在较小的尾缘堵塞比0.1和0.3时,耦合模型D1-TB的综合冷却效率高于基准模型D0-B0,但是在较大尾缘堵塞比0.5时,耦合模型D1-TB0.5的综合冷却效率低于基准模型D0-B0。