随着航空发动机涡轮前进口温度的提高,涡轮叶片承受的热负荷愈加严重,亟需采取有效的冷却措施对叶片进行热防护。粗糙肋通道是涡轮叶片广泛采用的内部冷却结构,对于涡扇等大型航空发动机,叶片粗糙肋通道的阻塞比一般小于0.1,而对于涡桨或涡轴等中小型航空发动机,其内部粗糙肋通道的阻塞比一般在0.15以上,高阻塞比粗糙肋通道的流动换热特性与低阻塞比时差别较大。为了获得高阻塞比粗糙肋通道流动和换热特性的变化规律,本文设计了异形和矩形两种横截面的通道,分别采用实验和数值模拟的方法研究了无量纲几何参数和进口雷诺数对流动和换热特性的影响。无量纲几何参数包括阻塞比e/d、肋倒角-肋高比r/e、肋宽-水力直径比w/d和通道截面宽高比L/W。通过研究得出如下结论:(1)阻塞比e/d对换热特性的影响最为显著,随阻塞比的增大,异形和矩形通道壁面的平均努塞尔数比均显著增大,且在高阻塞比时表现更为明显;(2)肋倒角-肋高比r/e对换热特性的影响最为微弱,随着肋倒角-肋高比的增大,矩形通道有肋侧和无肋侧、异形通道有肋侧的平均努塞尔数比略有下降,异形通道无肋侧和前缘则先略有增加后小幅减小;(3)对于异形通道,过大或过小的肋宽-水力直径比w/d均不利于强化换热,存在一个最优值,使得此时通道壁面的换热强化比最高,矩形通道的平均努塞尔数比随肋宽-水力直径比的增大单调递减;(4)随着通道截面宽高比L/W的增大,矩形通道有肋侧和无肋侧、异形通道有肋侧的平均努塞尔数比逐渐增大,异形通道无肋侧的平均努塞尔数比先增大后减小,而前缘的平均努塞尔数比则先减小,之后略有增大;(5)几何参数对异形和矩形通道流动阻力的影响一致,流动阻力随着阻塞比e/d和通道截面宽高比L/W的增大而增大,随着肋倒角-肋高比r/e和肋宽-水力直径比w/d的增大而减小,其中尤以阻塞比的影响最为明显,而肋倒角-肋高比在4个参数中影响最小;(6)随着进口雷诺数的增大,粗糙肋通道的换热强度显著增加,但雷诺数的变化并不改变通道中的流场结构,且进口雷诺数增大时,换热强化比并无明显变化。