轴承腔是航空发动机滑油系统的重要组成部分。随着航空发动机主轴转速以及涡轮前温度的不断提高,发动机热端轴承的热负荷也不断增大,工作环境的严苛与恶劣,导致了滑油在轴承腔中发生变性、结焦甚至着火等现象的几率增大。因此,滑油在轴承腔中的流动、换热以及轴承腔的回油结构等问题,越来越成为影响滑油系统乃至整个航空发动机工作可靠性和使用寿命的关键因素。航空发动机轴承腔内的流场是复杂的油气两相流,理解和掌握其流动特性,是进行轴承腔壁面与滑油换热研究的基础,进一步,才能为轴承腔的改进与设计提供方向和指导思路。首先,本文分别采用了DPM方法和CLSVOF方法对某种典型结构的轴承腔壁面滑油流动进行了数值模拟;针对空气相,DPM方法和CLSVOF方法均采用欧拉体系描述;针对滑油相,DPM方法采用了拉格朗日体系描述,在内壁面采用了薄膜假设,而CLSVOF方法采用了欧拉体系描述滑油。将数值模拟结果与现有公开文献的实验结果进行了对比,验证了方法的可靠性。其次,依据真实航空发动机轴承腔的工作参数,设计了轴承腔流动换热实验件,进行了轴承腔滑油厚度与换热实验,采用超声测量方法,采集了轴承腔内壁面油膜厚度并与计算结果进行了对比,验证了两相流流场计算模型与方法的准确性;同时,在实验过程中,采集了轴承腔外壁面温度、内壁面温度和壁面滑油温度,获得了滑油与壁面的换热量。再次,使用热-流-固耦合的方法对该实验件进行了数值模拟,数值模拟的换热量结果与实验数据吻合较好,能够较为准确的反应该轴承腔实验件的换热特性。最后,针对一具有常规回油结构的轴承腔,提出了两种轴承腔回油结构的改进设计方案:斜坡式回油结构和侧开式回油结构,并对常规回油结构和改进回油结构的轴承腔进行了对比计算与分析,为定量的评价轴承腔回油孔的回油效果,引入回油效率的概念,比较了三种回油结构的流场特性、换热特性与回油特性,两种改进后的回油结构提高了轴承腔的回油效率。进一步设计了轴承腔回油结构优化实验件和通风结构优化实验件,预期能够在下一阶段的工作中为轴承腔的优化设计提供数据支撑。针对以上工作内容,本文得到的主要结论如下:（1）在内壁面上,DPM方法获得的油膜厚度值与实验值吻合较好;DPM方法计算得到的壁面油膜厚度较大位置,与CLSVOF方法计算得到的壁面滑油体积分数较大位置吻合较好。滑油流量较大时,滑油在腔内堆积现象明显,DPM方法壁面的滑油薄膜假设不再成立,CLSVOF方法能够更加有效的反应轴承腔内油气两相流的真实流动状态。（2）通过油膜厚度实验及数值模拟可以看出,不同工况下,内壁面油膜厚度随滑油流量的增大而增大,但与流量不成正比例关系,油膜厚度随转速的增大而减小。进一步得到了沿周向位置从0°至360°壁面油膜厚度的变化规律。（3）轴承腔内壁面上滑油与壁面的换热量随转速的增大而增大;轴承腔内壁面沿周向的平均努赛尔数Nu的自然对数值与滑油供油雷诺数Re_oil的自然对数值的0.3次方呈正比例关系,努赛尔数Nu的自然对数值与转轴转速雷诺数Re_s的自然对数值0.345次方呈正比例关系;当地壁面努赛尔数Nu_l的自然对数值与当地雷诺数Re_l的自然对数值约0.7次方呈正比关系。（4）转速相对较低、滑油流量较小时,侧开式回油结构优化效果最好,转速较大时,斜坡式回油结构优化效果最好。两种改进回油结构对滑油的堆积现象起到了很好的缓解作用,而且使壁面换热量更加均匀;两种改进回油结构的深槽结构相对浅槽都更利于回油效率的改善,尤其在高转速条件下,缓解了回油效率随转速增加快速下降的问题。（5）综合来看,在转速较低时,侧开式回油结构具有较好的回油效果及换热效果,而在转速较高时,斜坡式回油结构具有较好的回油效果及换热效果。