涡轮叶片冷却技术的进步可有效地提高涡轮前燃气进口温度。发动机的再生冷却技术是指作为冷却剂的超临界压力碳氢燃料在进入燃烧室燃烧之前先通过对流换热吸收热量同时进行预热。将这种碳氢燃料的再生冷却技术应用于涡轮叶片的内冷通道中替代现有的气体冷却将显著地提高冷却效率。基于超临界压力碳氢燃料在涡轮叶片微细通道内再生冷却技术中的应用,本文通过理论分析、实验研究及数值模拟对超临界压力正癸烷在旋转状态下的U型通道内的对流换热和流动进行了研究。以超临界压力正癸烷为工质,在内径2 mm的U型管内进行了不同转速、质量流量、压力、热流密度条件下的对流换热实验研究。结果表明,离心段后缘面换热最强,前缘面最弱,两个侧面相近。水平段外侧换热最强,内侧最弱,迎风面和背风面相近。向心段由于转弯段的混合作用截面内温度差异很小。各段内的截面平均对流换热均随转速提高而增大。水平段靠近出口的近临界区热电偶截面观测到震荡现象,由转弯的回流冲击和近临界区的强变物性共同引起。离心段与水平段中对流换热系数随质量流量增大而增大,向心段中相反。分析了流动加速与浮升力对于换热的影响。离心段中“流动减速”增强对流换热而向心段中“流动加速”减弱换热。提出了适用于旋转条件下超临界压力流体对流换热的同时考虑重力浮升力与旋转浮升力的浮升力准则无量纲数,对不同实验段下低转速的换热恶化进行了机理解释,给出了浮升力数使换热恶化与恢复的判据,建立了包含物性修正、浮升力影响与流动加速影响的旋转条件下超临界压力正癸烷对流换热的准则关联式。对旋转条件下超临界压力正癸烷的压降进行了理论分析和实验测量。实验发现旋转除了带来了离心力势,也增大了摩擦压降。以实验数据拟合了摩擦系数比值和旋转数的关联式,配合理论计算的离心力势,即可预测旋转条件下的压降。进行了旋转条件下超临界压力正癸烷对流换热的数值模拟,并结合对流换热实验数据对模型可靠性进行了验证。结合截面内速度分布、湍动能分布等流场细节给出了不同实验段内对流换热现象的机理解释。