① (四)叶轮机基础-涡轮及叶片冷却技术
涡轮机的基石：轴流式涡轮与叶片冷却技术详解
涡轮，作为动力转换的关键组件，其功能在于将高温高压的工质能转化为机械能。在航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机中，涡轮与压气机的作用相辅相成，但能量转换过程却相反。压气机消耗机械能以提升气流压力，而涡轮则是将这部分能量释放，驱动附件并为压气机提供动力。
轴流式涡轮的奥秘
轴流涡轮通常由多级构成，静子位于旋转的工作轮前。基元级的叶栅通道设计为收敛，燃气在其中加速膨胀，释放出的机械能驱动涡轮运转。涡轮基元级的构建，如同从涡轮上截取一个圆柱形部分，展开成平面，以便于分析。
涡轮基元级的决定因素
涡轮基元级的设计涉及五个关键参数，如轮缘功，主要受气流速度影响，以及气流角，它反映轴向速度并影响效率。一级涡轮的膨胀程度较大，要求对 和 的比值有精确控制，通常在 左右。
涡轮反力度与冷却策略
涡轮反力度，即燃气膨胀降压的比例，是涡轮设计中的重要考量。通过能量反力度的概念，设计师可以优化涡轮的工作特性，区分冲击式涡轮（无反力度）和反力式涡轮。叶片外表面的换热特性，如采用牛顿冷却公式，影响着冷却效率和热防护性能。
冷却技术的精妙应用
涡轮叶片冷却技术包括冲击冷却、对流冷却和气膜冷却。冲击冷却利用冷气流冲击热表面，提升换热效率；对流冷却如径向直通通道和多腔设计，通过增加冷气流与叶片的接触面积改善冷却效果；气膜冷却则形成一层冷气膜，减少热传递，保护叶片不受高温燃气侵蚀。
这些冷却技术不仅关乎涡轮的性能，还关乎其耐久性和效率，是涡轮机设计中不可或缺的一部分。通过精细的参数控制和冷却策略，涡轮机得以在极端条件下稳定运行，为现代动力系统提供关键支持。