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

1、航空煤油不僅是是超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃料，而且也可作為其重要部件的主動冷卻劑，其冷卻性能十分重要，特別當(dāng)高馬赫數(shù)飛行時（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，對煤油流動傳熱特性開展研究對高超飛行器主動冷卻系統(tǒng)的設(shè)計意義重大。本文是以高熱流條件下航空煤油（大慶RP-3）為研究對象，對其在單管內(nèi)流動的氣液相變兩相流過程和高超飛行器主動冷卻面板中的流動傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　首先

2、，本文對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軟件對大慶RP-3航空煤油的熱物性進(jìn)行了較精確的估算；對煤油相變過程在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立相變控制公式；通過對典型的高參數(shù)小管徑內(nèi)煤油的傳熱試驗結(jié)果進(jìn)行比較，驗證了本文數(shù)值模擬計算方法的可靠性。
　　其次，對高熱流條件下RP-3煤油在管內(nèi)流動的氣液相變兩相流過程進(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，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)壓力損失越小；隨著煤油進(jìn)口速度的增大，管

4、內(nèi)壁面溫度會隨之降低，換熱越好。
　　最后，對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)行了分析和評價；并設(shè)計了帶有分、匯流室的冷卻面板，研究了不同的煤油流動方式對冷卻效果的影響。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的冷卻效果的貢獻(xiàn)逐漸減低；同時，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，其冷卻效果會隨冷卻通道高度與寬度的增大