论文摘要：轴向通流旋转盘腔流动和换热研究

航空发动机二次流系统的流动和换热特性研究是发动机热防护中的一项重要内容。本文利用数值模拟和两种实验方法研究轴向通流旋转盘腔的流动结构和对流换热系数在不同工况下的变化情况，为航空发动机涡轮盘腔内流冷却系统的设计提供参考。

数值模拟通过对轴向通流等温旋转盘腔流动进行数值模拟，研究不同间隙比下旋转盘腔内流动结构特点；估算了主流进入旋转盘腔的流量，分析了湍流参数、腔体几何参数对进入腔内流量的影响规律。

实验是在北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室的多功能旋转实验台上完成的。PIV实验的主要内容是测量得到旋转盘腔中截面上的二维流场信息，并与数值计算结果进行比对，分析等温旋转盘腔内的流动结构。换热实验的主要研究内容为利用对流换热传感器测量盘腔内对流换热系数，研究盘腔内对流换热情况与流量系数和旋转雷诺数的关系。

数值方法和PIV实验均得到，在轴向通流旋转盘腔中，流体主要受粘性力和惯性力影响。相同流量条件下，转速越高，粘性力影响越明显，流体切向速度越大；相同转速条件下，主流流量越大，惯性力的影响作用越明显，流体的旋转效应受到抑制，切向速度相对变小。数值计算发现了带中心轴轴向通流旋转腔r-z面对侧腔内气体流动形式不同。腔内不同位置呈现不同的涡对数量变化，随着间隙比G的增大，涡对数量逐渐减少。主流进入旋转腔内的流量比例受湍流参数、旋转雷诺数和间隙比共同影响，并给出了主流进入旋转腔流量比例与三个变量的拟合函数关系式。

换热实验表明盘腔内对流换热系数受旋转雷诺数和流量系数的共同影响，得到了两种因素对对流换热系数的影响规律。通过与计算结果和PIV实验结果的比较发现，换热情况与盘腔内流动结构密切相关。

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