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- 超临界压力下航空煤油RP--3沉积过程的数值研究
- 作者： 王文博 来源： 大连理工大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 超临界压力 航空煤油RP 3 沉积过程
- 描述： 航空煤油RP-3充当冷却剂,在流经发动机表面的冷却管道时,发动机中的热量对燃油进行加热,会使得航空煤油发生氧化裂解、热裂解,从而产生焦炭颗粒。焦炭颗粒随着煤油一起流动,受到曳力、Saffman力、重力、附加质量力等力的影响,在这些力的综合作用下,在管壁发生沉积,从而堵塞管路,影响煤油与发动机之间的换热,严重时甚至会烧毁发动机。本文基于圆形冷却通道(2000*1.8mm)的物理模型,利用CFD-DPM方法对超临界压力下焦炭颗粒在冷却管道中的沉积过程进行了数值研究,用以给航空发动机中冷却管道内积碳问题做出参考。首先,本文对竖直管中的颗粒沉积问题进行了研究,研究了竖直向下管中,粒径对附加质量力的影响规律。当煤油温度较低(临界温度以下)时,附加质量力的作用效果较强,应该考虑,随着煤油温度升高,附加质量力的作用效果减弱,当煤油温度高于700K时,附加质量力的作用可以忽略。依附加质量力的作用效果,选取煤油温度在700K时粒径对颗粒沉积率的影响进行研究,发现随着粒径的增加,竖直向下管中,颗粒沉积率先升高,后降低,接着继续升高,最后趋于稳定,而竖直向上管焦炭颗粒沉积率随粒径的增大逐渐升高且趋于稳定；煤油温度的升高,使竖直管中10μm的颗粒沉积率升高；煤油在较高出口压力5MPa的条件下,竖直向下管中,10、50、70、100μm的颗粒沉积率均低于低压3MPa出口压力下的沉积率,而30μm的颗粒在5MPa的高压下沉积率反而更高；竖直向上管中,5MPa的高压下,10μm的颗粒沉积率较低；入口速度的增加,使10μm颗粒在竖直向下管中沉积率无明显变化,却使竖直向上管中沉积率升高。其次,本文对水平圆管中的颗粒沉积规律进行了研究,主要研究10μm的焦炭颗粒。水平圆管中,随粒径的增大,颗粒沉积率先升高,后逐渐趋于稳定；煤油温度的升高,也使得颗粒沉积率升高；相对于低压3MPa的出口压力,5MPa的出口压力下,颗粒更难沉积在壁面上；煤油入口速度的升高,使得颗粒沉积率下降。再次,本文对倾斜圆管中的颗粒沉积特性进行了研究,主要研究10μm的焦炭颗粒。结果发现,倾斜管中,粒径的升高使得颗粒沉积率先增大,后趋于稳定；煤油温度的升高,使颗粒沉积率升高,且较高压力5MPa的条件下,颗粒沉积率更低；入口速度的升高,使得颗粒沉积率缓慢下降且趋于稳定。最后,本文对不同流动方向下颗粒沉积率做出了比较,用“心形图”直观的表示不同方向下颗粒沉积率的大小。竖直向上的流动方向,颗粒沉积率最低,水平流动的方向,颗粒沉积率最高。