高熱流條件下煤油管內(nèi)流動(dòng)與傳熱特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、航空煤油不僅是是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，而且也可作為其重要部件的主動(dòng)冷卻劑，其冷卻性能十分重要，特別當(dāng)高馬赫數(shù)飛行時(shí)（如Ma>5），冷卻需求量大大增加，燃料再生冷卻能力也直接決定了高超聲速飛行器的飛行能力。為此，對(duì)煤油流動(dòng)傳熱特性開(kāi)展研究對(duì)高超飛行器主動(dòng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義重大。本文是以高熱流條件下航空煤油（大慶RP-3）為研究對(duì)象，對(duì)其在單管內(nèi)流動(dòng)的氣液相變兩相流過(guò)程和高超飛行器主動(dòng)冷卻面板中的流動(dòng)傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　首先

2、，本文對(duì)所用煤油的熱物理特性進(jìn)行了研究，采用三組份替代模型并使用NISTSupertrapp軟件對(duì)大慶RP-3航空煤油的熱物性進(jìn)行了較精確的估算；對(duì)煤油相變過(guò)程在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立相變控制公式；通過(guò)對(duì)典型的高參數(shù)小管徑內(nèi)煤油的傳熱試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本文數(shù)值模擬計(jì)算方法的可靠性。
　　其次，對(duì)高熱流條件下RP-3煤油在管內(nèi)流動(dòng)的氣液相變兩相流過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析比較了不同進(jìn)口速度、進(jìn)口溫度和壓力等因素對(duì)煤油冷卻性能的影

3、響。結(jié)果表明：不同熱流密度條件下，壁面熱流條件對(duì)靠近管壁的煤油的影響最大；相同熱流密度條件下，隨著煤油管內(nèi)進(jìn)口溫度的增高，管內(nèi)壁面溫度呈降低趨勢(shì)，管內(nèi)壁面平均溫度降低，管內(nèi)壁面平均換熱系數(shù)升高，有利于換熱；在低熱流密度下，煤油進(jìn)口溫度對(duì)壓力損失的影響不大，但隨著熱流密度的增大，煤油進(jìn)口溫度越高，壓力損失會(huì)越大；在相同熱流密度條件下，煤油進(jìn)口壓力越高，管內(nèi)壁面溫度越高，換熱越差；煤油進(jìn)口壓力越高管內(nèi)壓力損失越?。浑S著煤油進(jìn)口速度的增大，管

4、內(nèi)壁面溫度會(huì)隨之降低，換熱越好。
　　最后，對(duì)RP-3航空煤油不同流量、不同冷卻通道尺寸的冷卻面板冷卻效果進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)；并設(shè)計(jì)了帶有分、匯流室的冷卻面板，研究了不同的煤油流動(dòng)方式對(duì)冷卻效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)：進(jìn)口煤油流量越大越有利于換熱，但是煤油流量增大所帶來(lái)的冷卻效果的貢獻(xiàn)逐漸減低；同時(shí)，煤油進(jìn)口流量越大，冷卻通道內(nèi)的總壓損失也就越大。隨著冷卻通道高度與寬度的增加，冷卻面板的冷卻性能越差，其冷卻效果會(huì)隨冷卻通道高度與寬度的增大