预旋冷却系统作为航空发动机空气系统重要组成部分,其功用是将冷气引导成旋转状态输送到涡轮叶片等高温部件的冷却通道中,达到降低气流相对总温的目的,被广泛应用于航空发动机设计之中。本文采用试验研究和数值计算相结合的方法,对径向预旋系统流动特性开展了研究。本文设计并建立了径向预旋试验台,试验研究了旋转雷诺数、进出口压比、质量流量和接受孔数目对预旋出口气流总温降和总压损失的影响。建立径向预旋计算模型,设计了直孔、渐缩、梯形和叶栅四种喷嘴结构,数值计算得到了四种不同喷嘴结构下的流量系数和径向预旋内部温度压力变化情况,研究了不同喷嘴和接受孔以及转盘带叶片对径向预旋流动的影响。对比分析了径向预旋与轴向预旋的出口气流特性和内部流场特征。在本文研究范围内,可以得到,出口气流总温降随旋转雷诺数、进出口压比和质量流量的增加而增加,总压损失随进出口压比和质量流量的增加而增大,随旋转雷诺数的增加变化不大;叶栅喷嘴流量系数要比直孔高12%左右,比渐缩和梯形喷嘴高5%左右;径向预旋内部流动相当复杂,温度和压力均经历了先下降后上升的过程;直孔喷嘴对应的出口总温降比其他三种喷嘴要低约20%,而四种喷嘴对应总压损失相差不大;通过改进喷嘴结构、增加接受孔数目、增大接受孔面积和倾斜角以及在旋转盘内布置叶片能够一定程度上提高预旋效果;相同边界条件下,径向预旋出口气流温降要高于轴向预旋,但压力损失也相应增加。数值计算结果与试验结果相比平均误差在30%左右。