随着航空发动机涡轮前温度的不断提升,对涡轮的冷却技术要求也不断提高。通常采用的冷却方式是,从压气机引出一股压缩空气,一部分用于冷却涡轮叶片和涡轮导向叶片,另一部分则用于冷却和密封涡轮盘。因此掌握涡轮盘腔内冷却气流的运动规律就显得极其重要。 本文以带微型涡轮(反预旋喷嘴)的新型高压涡轮旋转盘腔为实验对象,并结合数值模拟对其内部流场进行系统研究。分别采用五孔探针测试系统进行实验数据的采集和二维轴对称模型并选用用κ-ε湍流模型进行数值模拟。具体研究了50rpm、300rpm、800rpm、1300rpm和1700rpm五个转速下大、中、小流量时盘腔内部6个不同轴向位置的速度、涡系结构以及压力分布情况,并采用无量纲进行分析。 通过实验研究发现转盘转速是决定盘腔内部流动结构的主要因素,流量对其影响则相对较小;实验得到了盘腔内部无量纲切向速度、涡系以及静压系数在不同工况下的分布特征和规律;实验结果还进一步证明了盘腔内部流场控制理论,即,低转速下(50rpm和300rpm)进口进气效应控制内部流场,过渡转速下(800rpm)进口进气效应和盘腔旋转效应共同控制内部流场,高转速下(1300rpm和1700rpm)盘腔旋转效应控制内部流场。 数值计算与实验结果对比后表明,两者在总体趋势基本一致,但存在一定差别,并且发现两者无量纲切向速度分布在低转速下符合较好,涡系分布在高转速下符合较好,压力系数在过渡转速和高转速下符合较好。