减阻剂对煤油超临界流动与换热特性影响的数值研究

发布时间：2020-07-11 02:57

【摘要】：随着我国航天事业的快速发展,火箭的运载能力已经无法满足航天事业的需求,大推力的高压补燃液氧煤油火箭发动机是我国目前发展研制的新型号,推力室的冷却采用再生冷却技术,在通道内冷却剂煤油处于超临界压力,而且压降损失巨大,造成了不必要的能量损失,使用减阻剂可以降低能耗节约动力,减阻剂在航天领域具有很好的应用前景。本课题采用FLUENT软件数值研究有无减阻剂情况下煤油流动与换热特性。首先对煤油的物性采用十组分的替代模型进行描述,采用物性计算软件对煤油超临界物性进行计算,与文献的煤油物性试验数据对比验证了十组分模型的准确性,基于相关文献的实验数据,采用RNGk-ε湍流模型数值模拟了煤油超临界流动与换热,数值模拟结果与实验数据吻合较好,验证了数值模拟的准确性。然后,在煤油物性和数值计算方法验证准确的基础上,根据实际冷却通道的结构尺寸和材料属性,设计了冷却通道的物理模型,对影响煤油流动与换热特性的关键因素进行了数值模拟,分析了不同进口速度、壁面热流、进口温度和出口压力等工况下的压降损失、壁面温度、煤油温度和换热系数,获得了煤油超临界流动与换热的特性。其次,对添加高聚物的煤油溶液,采用旋转流变仪进行了测量,得到了高聚物煤油溶液粘度随剪切速率变化的曲线,发现了高聚物煤油具有典型的非牛顿流体的剪切稀变特性,获得了非牛顿流体Carreau模型的参数,对比实验数据,发现Carreau模型是适用的。最后,采用雷诺应力湍流模型模拟了不同工况下高聚物煤油的流动与换热,得到了高聚物煤油溶液的范宁摩擦系数、壁面温度和流速等参数,对比了相同工况下煤油的流动与换热特性,获得了减阻率和换热率等参数,掌握了减阻剂对煤油超临界流动与换热特性的影响规律。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V434
【图文】：

- 4 -图 1-1 壁面附近流体湍流涡结构 PIV 图还有学者认为湍流能量的传递和耗散以及结构的改变是发生减阻的主要原因。Bewersdorff[13]通过实验研究摩擦特性和湍流结构上影响流变特性的因素，发现在

图 3-6 网格截面图值计算的精度越高，但是网格数越大计算数太少，计算机效率会很高，但是计算结了保证数值计算精度，排出网格质量对计无关性验证，如表 3-1 所示,网格节点分

图 3-5 实验模型对照实验装置[58]的尺寸参数，采用 UG 建模软件设计了与实验尺寸相同的三维圆管，使用 ICEM 网格划分软件对该圆管采用结构化网格划分，由于在实际的工况中，煤油的物性在壁面附近具有较大的变化，为了保证计算的精度，因此要对壁面附近的网格进行加密处理，使得第一层网格 +< 1。试验管模型截面的网格如

【参考文献】

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本文编号：2749855