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本文以一种基于旋流增益的强化换热技术为研究对象,分析在狭小受限空间内冲击/气膜复合冷却的流动特性,特别针对狭小受限冷却通道(冷却通道高度小于或等于气膜孔直径)中气膜孔附近的流场结构和流量系数开展了数值模拟和实验研究。首先针对受限狭小空间内气膜出流的物理模型,利用无量纲分析技术得到了影响气膜孔流量系数的各种因素,为进一步的数值模拟和实验研究奠定了基础。实验中,采用高精度的涡街流量计,结合微压计等测试设备,通过改变气膜孔雷诺数Re、吹风比M、无量纲冷却通道高度h /d等参数,细致研究了狭小空间的几何结构、流场变化对单排气膜孔平均流量系数的影响规律,得到了流量系数随气膜孔雷诺数Re、吹风比M、无量纲冷却通道高度h /d等参数变化的经验准则关系式。实验研究中发现:随着气膜孔雷诺数Re的增加,在主流雷诺数Re∞保持不变的工况下,流量系数逐步增加,并且随着主流雷诺数Re∞的增加,该规律保持不变,但是流量系数的绝对值随着主流雷诺数Re∞的增加而降低。随着吹风比M的变大,在给定气膜孔雷诺数Re下,气膜孔流量系数Cd逐步增大。并且当吹风比M <1时,气膜孔流量系数Cd随着吹风比M的增大而快速增大,变化明显;而当吹风比M >1时, Cd随着吹风比M的增大缓慢增加;随着h /d的减小,气膜孔流量系数Cd逐渐降低。当气膜孔雷诺数Re>9500时, h /d的变化对气膜孔流量系数Cd的影响尤为显著。本文还进一步通过CFD软件Fluent,数值模拟了实验工况下,狭小受限空间内气膜孔流量系数的变化规律,并与实验结果进行了比较,两者基本吻合。在数值计算模型和方法得到验证的基础上,数值计算中通过改变无量纲冷却通道高度h /d、吹风比M和气膜孔Re数等参数,进一步分析了受限冷却通道中,特别是气膜孔附近的流动特性和流场结构,以及气膜孔流量系数的变化趋势。计算结果表明:在相同气膜孔雷诺数Re下,Cd受吹风比M的影响较大,并随吹风比的增大而增大,在吹风比M <1的工况下,其影响尤为明显;在同一吹风比M条件下,流量系数Cd随着气膜孔雷诺数Re的增大而减小,但变化的幅度不大;气膜孔雷诺数Re不变的情况下,h /d对流量系数Cd的影响比较明显,当h /d <0.75时,Cd随着h /d的减小快速降低;当h /d =0.75和h /d =1时,Cd同样随着h /d的减小而降低,但变化趋势不明显。综合本文数值模拟和实验研究结果分析表明,由于狭小受限空间( h /d <1)中,通道壁面强烈地影响了气膜孔附近的流场结构,使其流动特性显著区别于常规尺寸下的气膜出流,并导致狭小受限空间中随着吹风比M和气膜孔雷诺数Re的变化,流量系数Cd的绝对值发生了明显改变。