超临界航空煤油流动与换热特性实验研究

【类型】学位论文

【作者】黄文 

【关键词】 超临界 航空煤油 流动特性 换热特性

【摘要】随着对航空发动机性能的要求不断提高，发动机的涡轮前温度以及压气机的增压比也日益提高，发动机高温部件的冷却面临着巨大挑战。在新型材料和涡轮内冷结构无法大幅改进的背景下，利用高热沉的航空煤油对冷却空气进行冷却，既可以解决航空发动机日益突出的冷却问题，又有利于燃料的雾化和燃烧。但是随着热负荷的增大，航空煤油的温度不断提高，并进入超临界状态。超临界状态下，煤油的物性发生剧烈变化，其流动特性和换热特性都会发生变化。本文立足实验，对超临界状态下航空煤油在加热管内的流动和换热特性展开了探索研究，为空-油换热器的设计提供理论依据。本文测量了RP-3航空煤油的临界点参数；探索了单管和并联管情况下，超临界航空煤油的流动和换热特性，分别讨论了压力、温度、加热功率以及几何结构对流动和换热的影响规律。实验证明，在单管流动情况下，压力的提高可以有效抑制流动不稳定性的发生；当煤油的出口温度低于临界温度时，管内流动压降随压力的增大而增大，随温度的升高变化很小；当煤油的出口温度大于临界温度时，压降随压力的升高而减小，随温度的升高而增大；在拟临界点附近，压降随温度的变化斜率突然增大。在并联管的情况下，压力较低时（小于4MPa），随着加热功率的增加，并联管流量分配会发生偏差，但这种情况会随着系统压力的增加而得到有效改善；在温度较低时，功率的不对称度对并联管流量分配造成的影响小于高温时的影响。在实验的基础上，本文还提出了一种对于用于预测超临界压力下航空煤油在加热管内流动摩擦阻力系数的关联式修正方案，其计算误差可以达到15%。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】徐国强

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