微細圓管內(nèi)超臨界航空煤油傳熱特性實驗研究.pdf

1、航空發(fā)動機在工作過程中會產(chǎn)生極高的熱負荷。隨著航空技術的不斷發(fā)展，飛行器的馬赫數(shù)將不斷提高，其空氣動力學加熱也會更加嚴重。未來航空發(fā)動機的冷卻問題將愈發(fā)嚴峻，成為制約其性能進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)動機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)動機熱管理問題為背景，對超臨界航空煤油在微細圓管內(nèi)的對流傳熱特性進行實驗研究，為未來航空發(fā)動機空-油換熱器的設計與優(yōu)化提供理論參考。

2、
　　本文首先對超臨界流體傳熱及流動相關研究進行了歸納，對現(xiàn)有超臨界流體傳熱經(jīng)驗關聯(lián)式進行了總結和分析。在此基礎上以中國RP-3航空煤油為研究對象進行對流換熱實驗，測定了該種航空煤油在不同工況下流過微細圓管的傳熱數(shù)據(jù)。實驗中航空煤油做豎直向上流動。實驗壓力為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行了討論和分析，結果表明:5MPa壓力下隨著熱流密度的增加對流換熱逐漸增強，而3MPa壓力下在熱流密度較高時會發(fā)生傳熱惡化現(xiàn)象;入口溫度較低時實驗管前1/3處內(nèi)壁溫會由于熱邊界層未發(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。
　　其次，本文對實驗中觀察到的傳熱及流動不穩(wěn)定現(xiàn)象進行了描述和簡要分析，結果表明:不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生伴隨著管壁的輕微振動及尖銳聲響;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，出口溫度的振蕩幅度小于實驗管外壁溫的振蕩幅度。因此，在航空發(fā)動機空-油換熱器設計中，應適當提高煤油側(cè)工作壓力以避免傳熱惡化的發(fā)生，提升換熱效果;同時壓力的提高還可以抑制傳熱及流動不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，減輕周期性應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)驗關聯(lián)式進行計算，并與實驗結果進行對比和誤差分析，討論了其在不同工況范圍的適用性。結果表明:Krasnoshchekov公