● 摘要
航空发动机是当今的主要航空动力装置，随着发动机的发展，发动机的热负荷将会越来越重，热防护问题目前已成为该技术领域发展的障碍之一。对于发动机支点增压系统来说，一方面使得用于发动机轴承支点封严冷却的气体温度明显提高，另一方面主轴承腔及冷却气体沿程相关的零部件热负荷也越来越高，从而对轴承及相关部件的冷却要求也越来越高。因此本文提出了封严气体主动冷却技术，该技术是在航空发动机上安装换热器，用外涵空气或者机载燃油为冷源来对封严气体进行预先冷却，以提高其冷却品质。该技术的核心是对应用于航空发动机上的高效低阻换热器进行研究。
在此背景下，本文对应用于航空发动机封严气体主动冷却技术的换热器进行了研究。通过对各种换热器结构形式进行对比分析，提出了将螺旋管作为换热器芯体结构的方案，根据设计参数和指标要求进行了空-空、空-油换热器的设计，并针对设计的换热器结构进行了数值模拟和实验方案设计研究。得到了以下结论：（1）流经本文设计的两个螺旋管换热器后封严空气温降高于280K，出口压力也高于各工况要求指标，换热器总重量小于3kg，符合各设计指标要求。（2）通过数值模拟结果与设计计算结果的对比分析，表明本文所选用的经验关系式是比较合理的。（3）管内平均对流换热系数与阻力损失随着流速的增大而显著增加，随着螺距和热流密度的增加略微减小。（4）螺旋管换热器结构紧凑、传热系数高，抗振动和热应力破坏能力强，能很好的应用于发动机内部。通过本论文的基础研究，可为用于航空发动机的高效紧凑式换热器设计与验证提供重要参考。