机械工程学报

作者：马佳乐, 刘高文, 吴帅, 孔晓治, 林阿强

单位：1. 西北工业大学动力与能源学院 西安 710129;2. 四川天府新区西工大先进动力研究院 成都 610299

关键词：预旋供气系统,盘腔换热,对流换热系数,旋转马赫数,努塞尔数；

基金：国家自然科学基金(52476091); 航空科学基金重点(2024M070053001); 四川省自然科学基金(2025ZNSFSC1243)资助项目。

预旋供气系统中盖板腔作为主要的换热元件，对其性能有重要影响。为了研究盖板腔内部的换热特性，首先采用数值计算分析盖板腔内涡轮盘壁面的换热系数与努塞尔数的径向分布规律，揭示主流冲击和旋流对换热的影响机理。随后，提出基于牛顿冷却公式的高速金属转盘对流换热系数测量的新方法，搭建试验平台开展预旋供气系统换热试验研究与验证，阐明旋转马赫数和压比对涡轮盘壁面平均换热参数的影响。研究结果表明，涡轮盘壁面换热主要受主流冲击影响，旋流的影响相对较小。压比与主流冲击密切相关，而旋转马赫数与旋流密切相关。因此，改变工况实质上是改变主流和旋流对换热的影响权重。数值结果与试验结果吻合良好，偏差均在10%以内。试验结果显示，在压比一定的条件下，旋转马赫数从0.27增加到0.64时，平均对流换热系数提高了11.1%～23.2%；在旋转马赫数一定的条件下，压比从1.05增加到1.15时，平均对流换热系数提高了44.7%～60.5%。研究结果可为预旋供气系统的结构设计提供依据。

来源：2025年第22期

《机械工程学报》期刊编辑部

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