微細(xì)圓管內(nèi)超臨界航空煤油傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生極高的熱負(fù)荷。隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，飛行器的馬赫數(shù)將不斷提高，其空氣動(dòng)力學(xué)加熱也會(huì)更加嚴(yán)重。未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻問題將愈發(fā)嚴(yán)峻，成為制約其性能進(jìn)一步提高的重要因素。目前，采用航空燃料替代外涵空氣作為冷源來降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件溫度的做法已成為解決這一問題最具潛力的途徑。本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理問題為背景，對超臨界航空煤油在微細(xì)圓管內(nèi)的對流傳熱特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)空-油換熱器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論參考。

2、
　　本文首先對超臨界流體傳熱及流動(dòng)相關(guān)研究進(jìn)行了歸納，對現(xiàn)有超臨界流體傳熱經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了總結(jié)和分析。在此基礎(chǔ)上以中國RP-3航空煤油為研究對象進(jìn)行對流換熱實(shí)驗(yàn)，測定了該種航空煤油在不同工況下流過微細(xì)圓管的傳熱數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中航空煤油做豎直向上流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)壓力為3MPa及5MPa，熱流密度范圍為300kW/m2-500kW/m2，入口溫度范圍為373.15K-573.15K，質(zhì)量流量范圍為2g/s-2.5g/s。本文對熱流密度、壓力、

3、入口溫度及質(zhì)量流量四種因素對于換熱的影響進(jìn)行了討論和分析，結(jié)果表明:5MPa壓力下隨著熱流密度的增加對流換熱逐漸增強(qiáng)，而3MPa壓力下在熱流密度較高時(shí)會(huì)發(fā)生傳熱惡化現(xiàn)象;入口溫度較低時(shí)實(shí)驗(yàn)管前1/3處內(nèi)壁溫會(huì)由于熱邊界層未發(fā)展完全而偏高;隨著質(zhì)量流量的增加，對流換熱逐漸增強(qiáng)。
　　其次，本文對實(shí)驗(yàn)中觀察到的傳熱及流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了描述和簡要分析，結(jié)果表明:不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生伴隨著管壁的輕微振動(dòng)及尖銳聲響;不穩(wěn)定現(xiàn)象均發(fā)生在低壓力、

4、低入口溫度及高熱流密度工況下;不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，出口溫度的振蕩幅度小于實(shí)驗(yàn)管外壁溫的振蕩幅度。因此，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)空-油換熱器設(shè)計(jì)中，應(yīng)適當(dāng)提高煤油側(cè)工作壓力以避免傳熱惡化的發(fā)生，提升換熱效果;同時(shí)壓力的提高還可以抑制傳熱及流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，減輕周期性應(yīng)力對換熱器的破壞作用。
　　最后，本文選取六種現(xiàn)有傳熱經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比和誤差分析，討論了其在不同工況范圍的適用性。結(jié)果表明:Krasnoshchekov公