● 摘要
对于轴向通流的压气机盘腔内的流动和换热特性，国际及国内的很多研究者都作了深入的研究，但主要是针对简单的直盘模型以及单个盘腔模型。本文对于盘面结构复杂的多级旋转盘腔的换热特性进行了实验和计算研究，通过对旋转盘表面的温度分布以及换热特性的分析，研究转盘的热应力水平和相对冷却效果，为发动机热部件冷却系统的设计和计算提供实验和理论依据。本文主要研究稳定状态下不同的冷气流量、转速和加热量对旋转盘腔内流动与换热特性的影响规律。实验研究发现：随着半径的增加，盘面温度逐渐升高，这是由顶部加热所决定的。高半径处的温度梯度较大，而低半径处的温度梯度较小。固定转速和流量时，随着加热功率的增加，各个盘面的温度均整体上升，但温度分布趋势没有明显的变化。固定加热功率时，增加转速或者冷气流量，都会导致各个盘面的温度总体下降。流量越大，改变转速对其温度分布影响越小；转速越高，改变流量对其温度分布影响也越小。本文的数值模拟采用ANSYS CFX计算。主要是通过调整顶部的加热热流来近似模拟实验的工况，与实验结果进行对比。研究结果表明，盘腔内的气体以略低于转盘的转速旋转，低半径处的换热主要受冲击冷却的控制，换热系数较大，高半径处的气体类似于刚体旋转，所以与盘面的对流换热较弱，换热系数较小。