The present investigation emphases on rotation effects on internal cooling of gas turbine blades both numerically and experimentally. The primary motivation behind this work is to investigate the possibility of heat transfer enhancement by dean vortices generated by Coriolis force and U-bend with developing turbulent in the view point of the field synergy principle and secondary flow intensity analysis. A two-passage internal cooling channel model with a 180° U-turn at the hub section is used in the analysis. The flow is radially outward at the first passage of the square channel and then it will be inward at the second passage. The study covers a Reynolds number (Re) of 10,000, Rotation number (Ro) in the range of 0–0.25, and Density Ratios (DR) at the inlet between 0.1–1.5. The numerical results are compared to experimental data from a rotating facility. Results obtained with the basic RANS SST k-ω model are assessed completely as well. A field synergy principle analysis is consistent with the numerical results too. The results state that the secondary flows due to rotation can considerably improve the synergy between the velocity and temperature gradients up to 20%, which is the most fundamental reason why the rotation can enhance the heat transfer. In addition, the Reynolds number and centrifugal buoyancy variations are found to have no remarkable impact on increasing the synergy angle. Moreover, vortices induced by Rotation number and amplified by Reynolds number increase considerable secondary flow intensity which is exactly in compliance with Nusselt number enhancement.

本研究着重于数值和实验上旋转对燃气轮机叶片内部冷却的影响。这项工作背后的主要动机是，从场协同原理和二次流强度分析的角度，研究科里奥利力和U型弯管随着涡流的发展而产生的迪安涡流增强传热的可能性。分析中使用了在轮毂部分具有180度U形弯角的两通道内部冷却通道模型。流动在方形通道的第一通道处径向向外，然后在第二通道处向内。该研究涵盖了10,000的雷诺数（Re），0-0.25范围内的旋转数（Ro）以及0.1-1.5之间的入口密度比（DR）。将数值结果与旋转设备的实验数据进行比较。使用基本的RANS SSTk-ω模型获得的结果也将得到完全评估。场协同原理分析也与数值结果一致。结果表明，由于旋转而产生的二次流可以大大提高速度和温度梯度之间的协同作用，最高可达20％，这是旋转可以增强传热的最根本原因。另外，发现雷诺数和离心浮力变化对增加协同角没有显着影响。此外，由旋转数引起并由雷诺数放大的涡流增加了相当大的二次流强度，这恰好与努塞尔数增强相符。使用基本的RANS SSTk-ω模型获得的结果也将得到完全评估。场协同原理分析也与数值结果一致。结果表明，由于旋转而产生的二次流可以大大提高速度和温度梯度之间的协同作用，最高可达20％，这是旋转可以增强传热的最根本原因。另外，发现雷诺数和离心浮力变化对增加协同角没有显着影响。此外，由旋转数引起并由雷诺数放大的涡流增加了相当大的二次流强度，这恰好与努塞尔数增强相符。使用基本的RANS SSTk-ω模型获得的结果也将得到完全评估。场协同原理分析也与数值结果一致。结果表明，由于旋转而产生的二次流可以大大提高速度和温度梯度之间的协同作用，最高可达20％，这是旋转可以增强传热的最根本原因。另外，发现雷诺数和离心浮力变化对增加协同角没有显着影响。此外，由旋转数引起并由雷诺数放大的涡流增加了相当大的二次流强度，这恰好与努塞尔数增强相符。场协同原理分析也与数值结果一致。结果表明，由于旋转而产生的二次流可以大大提高速度和温度梯度之间的协同作用，最高可达20％，这是旋转可以增强传热的最根本原因。另外，发现雷诺数和离心浮力变化对增加协同角没有显着影响。此外，由旋转数引起并由雷诺数放大的涡流增加了相当大的二次流强度，这恰好与努塞尔数增强相符。场协同原理分析也与数值结果一致。结果表明，由于旋转而产生的二次流可以大大提高速度和温度梯度之间的协同作用，最高可达20％，这是旋转可以增强传热的最根本原因。另外，发现雷诺数和离心浮力变化对增加协同角没有显着影响。此外，由旋转数引起并由雷诺数放大的涡流增加了相当大的二次流强度，这恰好与努塞尔数增强相符。这是旋转可增强传热的最根本原因。另外，发现雷诺数和离心浮力变化对增加协同角没有显着影响。此外，由旋转数引起并由雷诺数放大的涡流增加了相当大的二次流强度，这恰好与努塞尔数增强相符。这是旋转可增强传热的最根本原因。另外，发现雷诺数和离心浮力变化对增加协同角没有显着影响。此外，由旋转数引起并由雷诺数放大的涡流增加了相当大的二次流强度，这恰好与努塞尔数增强相符。