高超進氣主動冷卻換熱器的研究.pdf

1、在高超聲速飛行中，由于氣動加熱作用強烈，需要對高焓的來流空氣進行冷卻，而要將再生主動冷卻引入到進氣冷卻系統(tǒng)當中，就需要設計一種高效的、占用空間小的換熱器。本文以高超聲速飛行器進氣再生主動冷卻為研究對象，設計了兩種高熱流條件下帶有壁面冷卻結構的緊湊式油—氣冷卻換熱器，分別為螺旋折流板換熱器與管翅式換熱器，通過數(shù)值模擬研究，分析了換熱器的性能，并對其進行了結構優(yōu)化。
　　對螺旋折流板換熱器的設計研究表明:殼程流體在螺旋折流板的作用下呈

2、螺旋狀流動，這種流動方式不僅能有效地消除傳統(tǒng)折流板帶來的流動死區(qū)，而且還能形成對換熱管垂直沖刷的流動方式，增強換熱效果;空氣經(jīng)換熱器冷卻的溫降約為原氣流溫度的38％，換熱器整體的換熱系數(shù)為K=344.4W/(m2·K)，換熱性能較好，空氣的總壓損失偏大，達到了30％;螺旋折流板換熱器不易設計壁面冷卻系統(tǒng)，需額外增加壁面內(nèi)冷卻劑進出口與冷卻槽道。
　　對管翅式換熱器的設計研究表明:其平均換熱系數(shù)為K=1332.8W/(m2·K)，殼

3、程流體空氣的總壓損失為1.3％，若以換熱溫差與殼程流動損失為評價標準，管翅式換熱器的性能均優(yōu)于螺旋折流板換熱器;管翅式換熱器中的翅片提供了面積與溫度都比較可觀的二次換熱表面，間接地增大了換熱面積，提高了換熱器的換熱效果;此外還設計了兩種壁面冷卻方案，經(jīng)過冷卻后的壁面溫度均在材料許用范圍內(nèi)。
　　對管翅式換熱器進行了兩方面的優(yōu)化設計:1.研究了換熱單元體內(nèi)不同換熱管數(shù)與翅片數(shù)的流動與換熱關系;2.設計了一種帶有擾流結構的翅片，并對其