● 摘要
涡轮盘腔的预旋进气结构是解决涡轮前温度过高的一个重要改进，但相关盘腔内的流动规律较为复杂，还需要进一步对其深入研究。而涡轮盘腔内部流动特性是影响换热的一个重要因素，所以在实际发动机设计中必须搞明白盘腔内气体流动的影响因素以及变化规律。本文内容即是对复杂结构的涡轮盘腔高位预旋结构的实验研究和数值模拟研究，以为实际设计提供参考。
对原型进行简化模拟，保证几何结构的相似性并在实验工况上保证湍流参数作为控制参数在实际工况范围内，以保证研究结果能够正确应用到工程实践中去。实验测得了静止盘面的静压分布以及腔内轴向速度分布，还包括预旋孔进出口的压力信息。对多出口预旋进气涡轮盘腔进行了三维数值模拟，对流场内速度、压力和接收孔进气等的变化规律进行了分析。另外还对三个出气位置进行了稳态的流量分配计算，得到了不同湍流参数和间隙比下的流量分配规律。为了研究高位预旋对于低位盘腔内部的流动影响，建立两种新的结构模型来模拟流动。
结果显示腔内存在一个明显的核心涡旋，流动结构受到湍流参数的控制；整个系统的性能受到预旋比影响。盘面静压和腔内总压受到“泵效应”的影响，总压损失系数与转盘旋转速度和预旋孔进气流量大小有关。系统内部粘性耗散以及盘面摩擦引起系统预旋性能降低，气体与盘面的相对速度不同会引起接收孔入口损失的差异。通过旋流系数在腔内的变化规律推出了有效预旋比能够表征自由涡的特征，并拟合出了一个有效预旋比与入口预旋比的关系式。低位腔转静间隙的分析结果表明两种新的模型总压损失系数均小于原模型。高位腔内的流动结构均保持不变，变化最大的区域位于低位盘腔内。