超燃沖壓發(fā)動機再生冷卻通道內(nèi)煤油流動與傳熱特性研究.pdf

1、本文采用實驗研究為主、理論分析為輔的方法，對超燃沖壓發(fā)動機再生冷卻通道內(nèi) RP3煤油的流動與傳熱特性進行了較為細致全面的研究，明確了煤油在不同壓力下加熱過程中的流型演變規(guī)律，在亞臨界和超臨界壓力下的傳熱特性，以及近臨界壓力區(qū)不穩(wěn)定性的形成機理。
　　研制了高溫高壓流體觀測裝置，對煤油在不同壓力下的升溫過程進行了觀測。結果表明：在亞臨界壓力下，煤油升溫過程為兩相流，會經(jīng)歷泡狀流、彈狀流、攪拌流、環(huán)狀流等流型；在臨界壓力下，煤油在臨界

2、溫度附近會出現(xiàn)乳光現(xiàn)象；而在超臨界壓力下，煤油流動更類似于單相流，直接從過壓流體過渡到超臨界態(tài)。當裂解反應發(fā)生后，未裂解的超臨界煤油將裂解生成的氣態(tài)小分子產(chǎn)物和固態(tài)積碳溶解于主流中，宏觀表現(xiàn)仍類似于單相流。流動方式（豎直、水平、傾斜）不會影響流型的類型，但會影響相態(tài)的相對空間分布。依據(jù)對傳熱的影響，將亞臨界壓力下的流型分為了氣泡流、氣芯流以及干涸流，擬合出了流型轉變的經(jīng)驗公式。
　　研究了煤油的替代組分正癸烷在亞臨界壓力以及超臨界

3、壓力下的傳熱特性。正癸烷在亞臨界壓力下的傳熱可分為液相傳熱、兩相傳熱、氣相傳熱三種狀態(tài)。液相傳熱時，在較高的熱流密度下（如0.3MW/m2），傳熱機制為貼近壁面處發(fā)生微弱沸騰，壁溫維持在沸點左右，油溫逐漸上升。在較低的熱流密度下（如0.08MW/m2），傳熱機制為單相對流傳熱，壁溫、油溫均逐漸增加。液相傳熱時，傳熱系數(shù)隨著油溫的增加而增大；兩相傳熱時，正癸烷的傳熱分為核態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰，油溫始終維持在沸點左右。核態(tài)沸騰的傳熱系數(shù)非常高，

4、壁溫油溫之差很小。而一旦氣膜覆蓋壁面形成膜態(tài)沸騰，壁溫將快速上升，傳熱系數(shù)迅速下降，并不斷減?。粴庀鄠鳠釙r，正癸烷的傳熱機制為單相對流傳熱，壁溫、油溫均逐漸增加，但傳熱系數(shù)幾乎不變。研究了熱流密度、流速、壓力對正癸烷亞臨界壓力下傳熱特性的影響。研究了正癸烷在超臨界壓力下的傳熱特性，發(fā)現(xiàn)其類似于單相流動傳熱，但傳熱系數(shù)低于同一溫度時亞臨界壓力下的傳熱系數(shù)。
　　研究了煤油在超臨界壓力下的傳熱特性，發(fā)現(xiàn)當煤油入口油溫較低時，會由于層流

5、邊界層的作用在入口段形成一個傳熱較差的區(qū)域。煤油在超臨界壓力下的傳熱特性可分為正常傳熱、傳熱強化和傳熱惡化三種狀態(tài)。在正常傳熱區(qū)，傳熱系數(shù)隨油溫增加而增大，但增大的速率較小，主要跟煤油的物性變化以及流動狀態(tài)為層流有關；在傳熱強化區(qū)，傳熱系數(shù)隨油溫增加而大幅增大，主要是由于煤油流動從層流轉變?yōu)榱顺浞职l(fā)展的湍流，換熱強度大大增強；而在傳熱惡化區(qū)，傳熱系數(shù)隨油溫增加而減小，主要是由于煤油發(fā)生了小分子聚合成大分子的放熱反應，因此使得傳熱惡化。研

6、究了熱流密度、流速、壓力對煤油超臨界壓力下傳熱特性的影響。將煤油在超臨界壓力下的傳熱實驗數(shù)據(jù)與已有的傳熱實驗關聯(lián)式進行了對比，考慮物性梯度的影響，提出了新的傳熱關聯(lián)式，預測精度有了大幅提高，90％的數(shù)據(jù)點落在了±30%的誤差帶內(nèi)。
　　研究了煤油在近臨界壓力區(qū)的不穩(wěn)定性，分析表明這是一種低頻振蕩。熱流密度越大，壓力越小，流速越小，入口油溫越低，管徑越小，越容易發(fā)生振蕩。通過分析振蕩發(fā)生時流量、壓差、壁溫的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，該振蕩是密度