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超燃冲压发动机再生冷却技术研究

刘志琦  
【摘要】:超燃冲压发动机燃烧室中的温度能轻易超过现有材料的承受温度,热管理系统对长时间工作的超燃冲压发动机至关重要,采用吸热型碳氢燃料对超燃冲压发动机进行再生冷却是最有效和实际的方法之一。本文对主动冷却结构设计、吸热型碳氢燃料在冷却流道内流动与传热过程和主动冷却的超燃冲压发动机应用情况进行了综述。 基于特征数方程建立了吸热型碳氢燃料在超燃冲压发动机再生冷却通道中的一维计算模型。通过中国3号航空煤油在管道中的传热试验的测量结果验证了一维程序计算模型的合理性,研究了不同特征数方程和平均温差计算方法对计算结果的影响。 基于超燃冲压发动机再生冷却试验,修正了模型的阻力系数、化学热沉和自然对流特征数方程,使用修正后的计算模型分析了超燃冲压发动机再生冷却的传热特点。研究发现:冷却通道长度的80%中煤油处于超临界状态,60%处于裂解区,通过裂解吸收了约30%的热量。另外,由于外壁同空气的传热量是内壁同燃气传热量的12.6%,因此不能忽略外壁热损失。冷却剂在进入超临界态后发生传热强化,肋片强化传热的作用减小。热裂解增加了煤油的热沉,提高了冷却能力。 使用经过修正后的程序对不同几何参数的冷却通道和不同的入口条件进行了计算。研究发现:薄的燃烧室壁和肋片对换热有利,高长宽比冷却通道通过肋片效应改善了热传导,但仍未完全清楚通道中详细的传热机理。在冷却剂总流量一定的情况下,更多的通道数和较高的入口压力和温度可以使热流密度的沿程分布更加平缓。


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