孔结构作为空气系统中的重要节流元件,包括圆形孔、腰形孔、异形孔和环形孔等多种形式,被广泛地应用于航空发动机涡轮盘、鼓筒、轴等结构上。航空发动机工作时涡轮、轴等部件都处于高速旋转运行状态,准确把握旋转条件下各类孔结构的流量特性及压力和温度分布是空气系统设计中关键的环节。因此,为给航空发动机空气系统设计提供必要的技术支撑,本文针对旋转条件下典型形状孔结构的流动与换热特性开展数值和试验研究。首先,数值研究了收缩比、截面形状(圆形、腰形、方形和六边形)对旋转轴向孔结构流动换热特性的影响。在本文参数范围内,研究结果表明:随着收缩比增大流量系数减小,收缩比大于一定值后,流量系数趋于不变;不同孔形旋转轴向孔的流量系数差异不超过7%,流阻系数圆形与六边形偏差高于10%外,其余均在10%以内;旋转时圆形换热先减弱后增强,其他孔形均是随着旋转效应增强而换热增强,总体上腰形2>圆形>腰形1>六边形>方形。然后,数值研究了旋转数、进出口压比、径向比和长径比等参数对内壁旋转的环形孔流动与换热特性。在本文参数范围内,研究结果表明:环形孔内壁的旋转增强了流体与内壁间的换热,但对外壁换热和流动特性影响较小;进出口压比增大,环形孔内流体速度增大,而近壁区分离减小,对流量系数影响较小,而流阻系数明显增大,流体与内外壁换热也均增强;径向比增大,环形孔近壁分离先逐渐增大,环形孔流量系数和外壁平均换热系数均先减小后不变,流阻系数和内壁平均换热系数则先增大后逐渐减小;长径比增大,环形孔流量系数先略有增大后逐渐减小,流阻系数变化趋势与之相反,环形孔内壁平均努塞尔数逐渐减小,外壁变化不超过8.5%。最后,对旋转典型形状孔结构流量系数开展试验研究,结果表明试验与数值计算结果在变化趋势上保持一致,偏差在10%以内,验证了本文数值计算方法的准确性。