螺杆钻具试验台是一种用于检测螺杆钻具实际工作特性的试验系统,承担着对螺杆钻具工作可靠性及使用寿命进行评估的重要任务。随着螺杆钻具输出扭矩、输出功率需求的逐渐增大,对其性能检测系统的要求也在不断提高。回转扭矩加载装置作为螺杆钻具性能检测系统的重要组成部分,其输出特性及工作稳定性直接决定了螺杆钻具性能检测的可行性及准确性;目前,常用的扭矩加载装置在钻具检测过程中,常因部件温升过高而导致扭矩加载失准甚至装置损坏,难以保证钻具性能检测的准确性。本文基于螺杆钻具工作特性及其性能检测的扭矩加载需求,设计一种水冷盘式制动器作为回转加载装置为螺杆钻具提供负载扭矩;采用CFD数值模拟方法对制动器散热性能进行分析,并基于强化传热一般措施对其散热性能进行改善与优化。本文主要内容如下:（1）根据螺杆钻具工作特点及其性能检测需求,对水冷盘式制动器结构方案进行设计与分析;以20 k N·m作为扭矩加载需求,对水冷盘式制动器关键部件进行设计计算,并对其整体结构进行建模;最后对制动器输入输出特性进行了分析,结果表明所设计水冷盘式制动器拥有较优的控制特性。（2）基于水冷盘式制动器传热原理,对其物理模型进行了简化,基于CFD方法建立了制动器的流固耦合传热模型;对制动盘热载荷、热流分配系数以及冷却液入口流量进行了理论计算,得到仿真边界参数;使用Fluent软件对制动器流固耦合传热过程进行了仿真模拟,对冷却液流动特性与制动盘散热特性进行了分析。仿真结果表明:原始散热结构下,冷却液在冷却通道内的流动分布十分不均匀,制动盘温度较高且存在较大温度梯度,水冷散热效果不佳。（3）基于原始散热结构的仿真结果,结合强化传热原理提出了通过添加档板结构、扰流柱结构与调整进出口管道过渡结构的措施,对制动器散热结构进行了改进,仿真结果表明:在改进后的散热结构下,冷却液流动状态得到明显改善,制动盘温度得到有效控制,制动器散热性能有显著提升。随后引入强化传热综合评价因子作为制动器综合散热性能评价指标,在改进后散热结构基础上,深入研究了扰流柱形状对制动器综合散热性能的影响,结果表明:正三角形扰流柱散热结构下,制动盘综合散热性能较优,相较于圆形、椭圆形与水滴形扰流柱结构分别高出3.4%、2.4%和4.4%。（4）在正三角形扰流柱散热结构基础上,采用单因素试验与正交试验相结合的方法对扰流柱散热结构相关参数进行了优化;随后以优化后的散热结构为基础,分析了冷却液流量及冷却介质对制动器散热性能的影响。结果表明:在正三角形扰流柱散热结构基础上,扰流柱径向排列间隙比例对制动器综合散热性能的影响不显著,其它参数对强化传热综合因子影响的主次顺序为扰流柱顶部与制动盘间距、扰流柱边长、扰流柱径向分布数量、水槽深度、扰流柱周向分布数量;最优结构参数组合为:水槽深度13mm,正三角形扰流柱边长10mm,扰流柱顶部与制动盘间距1mm,扰流柱周向交叉分布66个,径向等距分布4个,优化后散热结构下的综合散热性能较优化前提高了21.4%,较原始散热结构提高了27.6%;在优化后的散热结构基础上,冷却液入口流量为0.6 L/s时,制动器综合散热性能较优;常温状态下,相较于50%乙二醇溶液,纯水作为冷却介质可以为制动器提供较优的散热性能。