超低温高速重载球轴承作为当今航天领域大推力液体火箭中重要的零部件。在现阶段,国内对于以数值模拟的角度对超低温重载轴承试验器的内部流动以及流场传热进行准确的研究还存在着一定的技术短板。针对现阶段存在的问题,本文建立了轴承试验器的有限元研究模型来解决存在的已知问题,预测流场内部压力以及温度分布,并通过数值模拟的结果的对轴承试验器的设计方案改进提供依据。主要的研究内容如下:(1)轴承间隙流场有限元计算模型的建立。通过采用数值模拟分析轴承间隙流场,分别在不同的网格类型以及标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型和realizable k-ε湍流模型这三种湍流模型下的速度以及压力场的研究方法。得出了六面体网格更能捕捉流场中的涡旋,精度相对于四面体网格较高。但计算时所需要的时间较长,消耗相对于四面体网格流场较大。对比三种湍流模型对轴承间隙流场数值分析得出压力场的模拟结果基本相同,但标准k-ε湍流模型对于流场内部的速度场旋转以及弯曲不能很好的分析出来,而RNG k-ε湍流模型在三种湍流模型中的仿真效果较好。(2)对试验器腔体内导流区域进行结构优化。以超低温高速重载球轴承试验器内上部液氮腔的流体导流内腔为对象模型,最终对导流区域的流体通路以及腔体结构进行改进优化,达到了预期的效果。以三种不同的导流头位置及两种不同导流头形状进行分析,数值模拟结果得出导流头位置越高,使得流场的通路直径收缩越大,流场中的流速也越大。但流速的增加导致流场中出现涡旋,流场中的压力变化较大。并且在导流头的侧边改为曲线条件下,流场中的速度与导流头侧边为直线的流场速度基本一致,并且流场中的涡旋区域相对较少,既保证了液氮冲过轴承的速度,还使腔内的压力变化较小。在尽量减小负压的设计原则下,本文得出了采用导流头在中间位置且导流头侧边为曲线结构的数值模拟结果较为理想。(3)建立了超低温高速重载球轴承试验器整体结构的有限元模型。将整体结构分为上部液氮腔和下部润滑腔两部分,对流场依照工程实际的工况条件进行了数值计算。得出了这两部分腔体的速度场、压力场以及温度场,并对整体流场的分布规律进行了一定的分析,得出液氮腔与润滑腔的内部速度场在中间区域在轴的旋转带动下受到很大影响。液氮腔内压力场的分布较为均匀,流场中进口的压力较大,在通过导流头顶端时由于导流头结构原因使得压力升高。而在通过轴承间隙流场时因为轴承间隙流场缩小,压力值较高,而当通过轴承间隙流场后,因为腔内有迷宫密封结构,压力会得到一定程度的减小。在润滑腔中进口处压力较大,而后压力逐渐平稳降低。(4)在温度场中得出,液氮腔内的温度场整体较为均匀,而当液氮流过轴承附近由于轴承摩擦所散发的热量导致腔内开始升温最高达到224K,液氮介质将轴承处摩擦升热带走,从而保证球发热不会导致磨损出现。在润滑腔中润滑油流过上端低温壁面附近开始温度降低明显,温度最低降到了225K。并未达到润滑液冷凝的凝固点,不会造成润滑液凝固而影响润滑的现象。本文采用ANSYS FLUENT软件,通过数值模拟的方法对轴承间隙流场、轴承试验器导流区域流场以及整体轴承试验器流场进行分析。提高了轴承间隙流场的可信度,改进导流区域结构使其效率得到显著提高。并对整体轴承试验器流场的压力与温度场进行模拟,得出的结果较为合理。