超臨界壓力下納米流體豎直管內(nèi)流動換熱特性實驗研究.pdf

1、超音速飛行器發(fā)動機的溫度及熱流密度都很高，需要一個良好的冷卻系統(tǒng)對其進行“熱管理”。再生式冷卻系統(tǒng)則被認為是一個既有效又可行的冷卻方法。常規(guī)的可再生冷卻系統(tǒng)利用發(fā)動機的燃料(如航空煤油)作為工質，而本文依據(jù)納米流體特殊的換熱特性(如高導熱系數(shù)等)提出利用納米流體燃料作為冷卻工質的想法，并通過實驗研究了超臨界壓力下，納米流體燃料在豎直管內(nèi)的換熱特性，分析不同參數(shù)對換熱的影響。
　　本文利用“兩步法”制備了相對穩(wěn)定的Al2O3-煤油和

2、穩(wěn)定的Fe3O4-煤油納米流體，并分析了不同壓力(2.5～4.5 MPa)、質量流量(2.0～3.5 g/s)、熱流密度(150～300 kW/m2)和納米顆粒濃度(0.02～0.1 wt％)對超臨界壓力下納米流體換熱特性的影響。結果如下：
　　(1)超臨界壓力下，納米流體在豎直管內(nèi)沿管長呈現(xiàn)不同的換熱規(guī)律，可分為三個區(qū)域：進口段溫度-熱邊界層主導區(qū)域、中間段過渡區(qū)域以及出口區(qū)段“類膜態(tài)”換熱區(qū)域。進口段換熱熱阻在于熱邊界層厚度，

3、而出口段的換熱熱阻為低密度、低粘度、低導熱系數(shù)的超臨界流體膜。
　　(2)流體質量流量的提高或者工作壓力的提高均會使納米流體在豎直管內(nèi)流動換熱效果變好。流量的提高可以提高流動Re數(shù)，增大流體沖刷管壁的效果；壓力的提高會使相同溫度下的近壁面流體遠離“類膜態(tài)”換熱，從而提高換熱效果。
　　(3)熱流密度對流體的換熱效果的影響比較復雜：一方面，熱流密度的提高會加大近壁面溫度梯度，增強混合對流對換熱的強化作用；另一方面，壁面溫度的升