新型空间核动力航天器采用氦氙作为循环和冷却工质,反应堆堆芯出口温度达到800-1200 K,需要对涡轮组件进行冷却。目前国内外针对空间布雷顿循环涡轮盘冷却流路结构的研究很少,为了研究氦氙工质在涡轮盘预旋冷却系统的冷却特性,本文在旋转雷诺数为1.14×10~6~3.43×10~6条件下对三种不同喷嘴结构的预旋涡轮盘模型进行了数值模拟。本文首先对比分析了研究工质分别为氦氙和空气的直孔型喷嘴预旋系统的涡轮盘腔流动与温降特性。接下来对喷嘴角度、面积、长径比和径向位置等预旋喷嘴的结构参数对涡轮盘冷却特性的影响进行了分析研究,同时在相同预旋结构下研究了旋转雷诺数和压比等气动参数对系统流动情况与温降效果的影响。其次,为进一步优化喷嘴结构,提出了扩口型和新型叶型孔式两种喷嘴结构,并与直孔型喷嘴的涡轮盘冷却系统的流场分布与温降特性进行了对比分析。最后研究了接收孔面积、轴向长度和角度等结构参数对叶型喷嘴预旋系统冷却特性的影响。研究结果表明:在相同进气条件下,空气的温降效果要优于氦氙混合气;涡轮盘冷却系统的流量随着喷嘴角度和面积的增大而增大,增大喷嘴面积和减小喷嘴角度均有利于提高温降;存在最佳长径比(L/D=2.5)和喷嘴径向位置(R_p/b=0.7222),使得系统的温降效果最好。旋转雷诺数等于1.41×10~6时,叶型喷嘴预旋系统的流量和温降分别比直孔型喷嘴增大12.9%和44.6%,比扩口型喷嘴增大0.45%和12.4%;叶型喷嘴的预旋系统流量和温降均随接收孔面积和轴向长度的增大而增大,减小接收孔角度有利于提高系统温降效果;三种喷嘴结构的冷却系统流量均随旋转雷诺数和压比的增大而增大,总压损失和温降均随着旋转雷诺数的增大而减小,随压比的增大而增大。