超临界航空煤油在竖直烧结管内的强化传热实验研究

发布时间：2017-09-01 16:40

  本文关键词：超临界航空煤油在竖直烧结管内的强化传热实验研究

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【摘要】：随着世界航空事业的快速发展,航天发动机也逐渐更新换代。目前超燃冲压发动机所面临的问题就是如何对发动机壁面进行热防护。本文以超燃冲压发动机的再生式冷却技术为背景,基于多孔烧结管对于沸腾传热的强化作用,研究不同烧结颗粒粒径和不同悬浊液液固配比烧结管在超临界压力下对航空三号煤油的流动传热的影响。这对为超燃冲压发动机的再生式冷却方式提供一种新的思路和技术方案具有重要的意义。本文通过比较三种不同烧结粒径和三种不同液固配比的烧结管和光管在相同实验工况下的局部换热系数、相同轴向位置处的管内壁温度以及相同质量流量下,各自引起的流体压降的大小,来研究烧结管对超临界流体的强化传热作用以及对流体流动的影响。通过实验研究,我们发现。(1) 在超临界压力下,相较于光管,烧结管对煤油具有明显地强化传热的作用；烧结颗粒粒径对超临界航空煤油的换热影响不是单调的,对于悬浊液液固配比为0.4的烧结管,烧结颗粒粒径为200目的颗粒传热效果好于粒径为150目和250目的颗粒(2) 随着悬浊液液固配比浓度,超临界航空煤油的传热系数呈现上升趋势,内壁温度逐渐下降,对于烧结粒径为250目的烧结管,悬浊液液固配比为0.5的烧结管传热效果明显好于配比为0.3和0.4的烧结管。(3) 烧结管的压降要大于光管,且随着粒径的增大,超临界航空煤油的压降单调上升,但悬浊液液固配比对于压降的影响却不是单调的,压降在悬浊液液固配比为0.4时最小。对比实验压力,烧结管的压降很小,只有10-3数量级,可以忽略。(4) 通过CFD,我们分析了航空煤油的传热特性,结果表明：(1)在初始加热阶段,对流换热系数迅速增长；(2)当壁面温度超过临界温度时,传热出现恶化；(3)当温度继续增加,对流换热系数再次继续增长。以此为基础,我们分析了航空煤油的传热系数是如何被温度、压力、热流密度、质量流速等影响的,并得出一系列结论。
【关键词】：超临界 航空煤油 烧结粒径 液固配比 压降
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V312
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符号表11-12
• 1 绪论12-27
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 超临界流体的研究现状13-23
• 1.2.1 超临界水和二氧化碳的研究17-18
• 1.2.2 非煤油类碳氢燃料的研究18-19
• 1.2.3 煤油类碳氢燃料的研究19-23
• 1.3 烧结管强化传热研究现状23-25
• 1.4 最新的研究成果25-26
• 1.5 本文的主要内容26-27
• 2 实验原理及数据分析简介27-42
• 2.1 实验原理27-32
• 2.1.1 预热及实验段简介28-29
• 2.1.2 柱塞计量泵及脉冲阻尼器29-30
• 2.1.3 加热电源30-31
• 2.1.4 冷却装置31-32
• 2.1.5 背压阀32
• 2.1.6 过滤装置32
• 2.2 实验参数测量和采集32-34
• 2.2.1 温度测量33
• 2.2.2 压力测量33-34
• 2.2.3 质量流量测量34
• 2.3 实验数据计算方法34-40
• 2.3.1 热流密度的计算34-35
• 2.3.2 内壁温的计算35-36
• 2.3.3 管内流体温度的计算36-37
• 2.3.4 传热系数的计算37-38
• 2.3.5 航空煤油的热物理性质38-40
• 2.4 实验工况及实验操作40-42
• 2.4.1 实验工况40
• 2.4.2 实验操作注意事项40-42
• 3 烧结多孔管的制备42-46
• 3.1 粉末烧结概述42-43
• 3.2 烧结管的制备工艺43-46
• 3.2.1 烧结工艺简介43-44
• 3.2.2 实验用烧结管的制备44-46
• 4 超临界下煤油在烧结多孔管中的换热特性46-66
• 4.1 实验台的校验46-48
• 4.1.1 热平衡校核46-47
• 4.1.2 实验数据的重复性校核47-48
• 4.2 烧结颗粒粒径对换热的实验研究48-52
• 4.2.0 烧结表面显微结构48-49
• 4.2.1 粒径对局部换热系数的影响49-50
• 4.2.2 粒径对平均换热系数的影响50-51
• 4.2.3 粒径对内壁温度的影响51-52
• 4.2.4 粒径对压降的影响52
• 4.3 悬浊液液固配比对于换热的实验研究52-58
• 4.3.1 烧结表面的显微结构52-53
• 4.3.2 悬浊液液固配比对局部换热系数的影响53-54
• 4.3.3 悬浊液液固配比对平均换热系数的影响54-56
• 4.3.4 悬浊液液固配比对内壁温度的影响56-57
• 4.3.5 悬浊液液固配比对压降的影响57-58
• 4.4 有关参数对传热影响的数值计算分析58-63
• 4.4.1 质量流速对传热系数的影响58-59
• 4.4.2 热流密度对传热系数的影响59-60
• 4.4.3 主流温度对传热系数的影响60-61
• 4.4.4 入口压力对传热系数的影响61-62
• 4.4.5 数值计算结果与实验数据的对比62-63
• 4.5 实验结果误差分析63-66
• 4.5.1 温度测量误差分析64
• 4.5.2 压力测量误差分析64
• 4.5.3 流量测量误差分析64-65
• 4.5.4 热流密度测量误差分析65
• 4.5.5 换热系数测量误差分析65-66
• 5 研究总结与展望66-69
• 5.1 研究总结66-67
• 5.2 研究展望67-69
• 参考文献69-73
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果73
• 1. 作者简历73
• 2. 攻读硕士学位期间发表论文73
• 3. 攻读硕士学位期间获得荣誉73

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本文编号：773228