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垂直上升管内超临界航空煤油传热特性实验研究

张巍  
【摘要】:超燃冲压发动机目前面临的一大难题就是极高的气动力热载荷,燃烧室壁面温度在未经冷却的情况下能达到3000K。这超过了一般结构材料的使用极限。采用燃油主动再生冷却方式来冷却壁面是一大重要创新。吸热型碳氢燃料作为一种新型航空燃油,它不仅可以利用自身的物理热沉吸收热量,还可以超临界状态下发生高温裂解等化学反应吸收大量的热量,一方面冷却了发动机燃烧室壁面,另一方面提高了燃料的利用率。 本文主要完成了三项工作。首先对超临界流体传热文献进行了整理归纳;然后设计并搭建了以航空三号煤油为工质的超临界流体传热实验台;并针对影响超临界流体传热三大主要因素(质量流量、热流密度、超临界压力)进行了实验研究。 实验表明:超临界状态下,提高流体质量流量,可以有效地降低管壁温,提高管内流体的平均换热系数。在低质量流量时,提高热流密度管壁温会随之升高,由于流体不断被加热,黏度和密度有所减小,边界层的导热有所增强,局部传热系数会逐渐升高,但是在相同的流体中心温度下其平均传热系数会随着热流密度的升高而降低。传热强化主要发生在流体中心温度达到300℃左右,此时对应的壁面温度均超过了400℃,这说明传热强化发生在流体中心温度低于拟临界温度,而壁面温度高于拟临界温度,这是与超临界水和超临界CO:中的现象一致。超临界压力的提高将一定程度上弱化传热,这主要是因为随着压力的提高,流体的比热减小。此外,高温下航空煤油的裂解结焦对传热也有影响。


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