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燃气涡轮发动机作为一种动力装置,在航空、发电、化工、船舶等领域有着广泛的应用。随着对燃气涡轮发动机性能要求提高,涡轮前温度不断增加,运行温度远高于涡轮叶片材料的允许温度,将会给燃气涡轮发动机安全可靠的运行带来一系列严重的问题。肋通道冷却作为一种强化换热的手段,能够解决涡轮前温度提高带来的问题,保证涡轮叶片在高温燃气的环境中安全可靠的运行。因此肋通道流动与传热特性的研究,对燃气涡轮发动机的设计与制造具有重大的理论意义和应用价值。本文采用数值模拟的方法研究了均匀布置和非均匀布置组合肋通道流动与传热特性。考察了雷诺数和结构参数对通道壁面特征数的影响规律,分析了速度场、压力场、温度场和湍动能场的空间分布以及沿纵向剖线的变化规律,揭示了组合肋通道强化换热的机理。采用响应曲面法结合遗传算法对组合肋通道进行了多目标优化设计研究,探究了帕累托最优解结构参数的分布特征,以及不同雷诺数下帕累托最优解的变化规律。研究结果表明,对于不同肋型结构的通道,矩型肋通道的传热性能最好,半圆肋通道的压力损失最小,而组合肋通道中由于矩型肋和半圆肋的间隔布置,传热性能接近于矩型肋通道,压力损失接近于半圆肋通道,具有最好的综合传热性能。在对均匀布置组合肋通道中,随着肋间距与肋高比的增加,壁面Nu和壁面f先增加后减小,肋间距与肋高比为10时组合通道的综合传热效果最好。随着肋高的增加,壁面Nu和壁面f逐渐增加,并且增加的幅度逐渐减小。在对非均匀布置组合肋通道中,半圆肋位置和高度的改变对传热性能的影响有限,但可以有效的降低压力损失,与均匀布置通道相比,具有更好的综合传热性能。尤其是在矩型肋的前端布置一个高度较小的半圆肋,与仅使用矩形肋相比,传热性能有所提高,压力损失明显降低。通过对均匀布置、非均匀布置组合肋通道进行优化设计,得到了实现Nu/Nus最大化、f/fs最小化的帕累托最优解。对均匀布置组合肋通结构若要获得更好的传热性能,流动和结构参数应为Re=20494,p/e=10.23、e/D=0.1;若要获得最小的阻力损失,流动和结构参数应为Re=20399,p/e=15、e/D=0.05;Re=20435、p/e=12.24、e/D0.052时通道的综合传热性能最优为1.301。相应的对于非均匀布置组合肋通道,Re=20171、px/2p=0.52、es/e=1.25时传热性能最好,Re=20000、px/2p=0.7、es/e=0.86时阻力损失最小,Re=20006、px/2p=0.7、es/e=0.95时通道的综合传热性能最优为1.303。