微細通道內碳氫燃料傳熱與裂解過程的實驗研究與CFD模擬.pdf

1、作為解決超然沖壓發(fā)動機熱防護問題的關鍵技術之一，主動冷卻通道的設計至關重要。冷卻通道的合適設計需要對通道內碳氫燃料的換熱過程有一個全面系統(tǒng)的認識。事實上，吸熱型碳氫燃料在冷卻通道內的換熱過程是包含了流動、傳熱、裂解以及結焦等多個現(xiàn)象的強烈耦合過程，而目前對該過程的研究尚不充分。本文以電加熱管來模擬冷卻通道，以航煤的模型化合物正癸烷作為考察對象，通過實驗和計算的方法深入解析了電加熱管內正癸烷流動、傳熱與裂解反應耦合過程。
　　構建了

2、電加熱管內正癸烷流動與傳熱過程的CFD模型，并開展了相關的傳熱實驗，研究了超臨界碳氫燃料的流動與傳熱特性。發(fā)現(xiàn)：(1)溫度在電加熱管內的分布不僅存在軸向差異，同樣存在徑向差異；提高加熱電流能夠同時提高流體的流動和傳熱性能。(2)在近臨界壓力區(qū)（大于臨界壓力），降低壓力，可以提高流體與管壁之間的對流傳熱能力，降低壁溫和流體溫度，并且操作壓力越靠近正癸烷的臨界壓力，這種影響就越明顯；提高操作壓力會降低管內流體的流動性能。(3)在低溫區(qū)，增大

3、進料流量對流體流動影響較小，在中溫區(qū)，增大進料流量會降低流體的流動性能，在高溫區(qū)，增大進料流量能夠有效地提高流體的流動性能；增大進料流量能夠提高流體的傳熱性能。(4)增大管徑會同時降低流體的流動和傳熱性能。
　　通過引入二次裂解反應，拓展了正癸烷熱裂解 PPD模型在高轉化率下的適用性。以此為基礎，結合CFD模型，解析了裂解反應影響流動和傳熱的機制。裂解反應會對流體的物性產(chǎn)生較大影響，包括密度降低、定壓比熱降低、熱導率降低以及粘性系

4、數(shù)升高。裂解反應對流體流動影響不大，但顯著提高了流體和管壁之間的對流傳熱能力，降低了壁溫和油溫。在管出口處，努賽爾數(shù)提高了26.7％，壁溫下降了約139.5℃，占壁溫溫升的12.2%。二次裂解反應對管壁溫、流體溫度以及裂解轉化率影響較小，但明顯提高了小分子裂解產(chǎn)物的收率，在管出口處結焦前驅體丙烯的收率提高了約7.5%。電加熱管內流體的溫度和組成分布不僅存在軸向差異，而且存在徑向差異，管出口處，近壁面的油溫和丙烯的質量分數(shù)分別比管中心處提