航空燃气涡轮发动机高温涡轮部件的冷气预旋冷却技术能够有效提高冷气的冷却效率,从而保证发动机可靠的工作并延长其使用寿命。然而由于预旋进气涡轮盘腔流动与换热问题的复杂性,目前在试验和理论等各方面对它的研究还很不成熟,因此,对预旋进气冷却方式进行深入系统地研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文根据预旋冷却的研究背景和国内外的研究现状,采取数值计算与试验相结合的研究方法,对预旋孔处于不同径向位置时转-静盘腔的换热规律进行了系统的研究。首先利用FLUENT软件对六种预旋孔径向位置的转-静盘腔进行数值模拟,得到了预旋孔位置变化对盘腔内换热的影响规律。然后据此设计出试验所需的带预旋孔的静盘。通过试验,对四种预旋孔径向位置的转-静盘腔在不同的盘腔间距、预旋进气流量和转盘转速下的换热规律进行了研究。研究结果表明:1)随着旋转雷诺数的增大,盘腔进出气流的无量纲总温差单调减小,而转盘局部努塞尔数的变化则与预旋孔的径向位置有关;2)在预旋孔径向位置一定时,进气流量的变化对无量纲总温差和转盘局部努塞尔数随旋转雷诺数的变化趋势均没有影响;3)无量纲总温差随着旋流比的增大而先增大后减小;4)当预旋孔位于静盘上盘腔径向中部附近时,预旋气流的综合冷却效果最好,即它既能够对转盘进行较好的换热,又具有对涡轮叶片较强的冷却能力。本文的研究成果为预旋进气涡轮盘腔结构的优化设计提供了理论指导和试验依据。