● 摘要
在航空发动机中，涡轮盘为主要的承力部件，并与高温燃气进行强烈的换热，而空气冷却技术则能够有效的提高冷气对涡轮高温部件的冷却效率，从而保证发动机的可靠性。因此，深入地了解不同涡轮盘腔结构中流动和传热的基本特性，对改进冷却结构设计，减少冷却气量，从而对提高发动机的性能和工程使用价值是具有十分重要意义的。
由于盘腔的结构较为复杂，前期设计中均采用一维计算进行预测，为后期设计提供数据支持。一维方法可有效的预测盘腔内的流动特性，且成本低、计算时间短。国内外对航空发动机空气系统一维稳态计算已经较为成熟。但针对盘腔内的一维计算仍较少。同时在对冷却空气的对流传热进行计算时，冷却空气流过高温固体部件之间的热交换存在耦合传热问题，而近些年，国外在热流耦合方面的数值模拟才开始逐渐活跃起来，但是国内对发动机涡轮转子采用热流直接耦合起来分析固体温度场分布的研究还比较少。
本文基于流体网络法，探究了旋转盘腔内流动与换热的一维程序计算以及旋流系数的求解方法，并对转转系与转静系两种不同的模型进行分析计算，计算结果与实验数据及数值模拟值均吻合的较好，结果表明对于旋流系数的计算，角动量守恒方法的优势更为明显，其收敛时间短，且迭代步数少。同时通过对ANSYS进行二次开发，将流体域中计算得到的换热系数及温度值，通过APDL语言连接到ANSYS中进行固体部分的计算，计算出的热量最后再回带到流体域中，经过反复迭代计算出所需值。本文分别对两种涡轮盘进行了计算，其计算结果与实验及数值模拟的结果吻合的较好，与热固耦合程序相比，该方法更简单且具有更强工程应用性及适用性。