微細(xì)通道內(nèi)碳?xì)淙剂蟼鳠崤c裂解過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究與CFD模擬.pdf

1、作為解決超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)之一，主動(dòng)冷卻通道的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。冷卻通道的合適設(shè)計(jì)需要對(duì)通道內(nèi)碳?xì)淙剂系膿Q熱過(guò)程有一個(gè)全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。事實(shí)上，吸熱型碳?xì)淙剂显诶鋮s通道內(nèi)的換熱過(guò)程是包含了流動(dòng)、傳熱、裂解以及結(jié)焦等多個(gè)現(xiàn)象的強(qiáng)烈耦合過(guò)程，而目前對(duì)該過(guò)程的研究尚不充分。本文以電加熱管來(lái)模擬冷卻通道，以航煤的模型化合物正癸烷作為考察對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的方法深入解析了電加熱管內(nèi)正癸烷流動(dòng)、傳熱與裂解反應(yīng)耦合過(guò)程。
　　構(gòu)建了

2、電加熱管內(nèi)正癸烷流動(dòng)與傳熱過(guò)程的CFD模型，并開(kāi)展了相關(guān)的傳熱實(shí)驗(yàn)，研究了超臨界碳?xì)淙剂系牧鲃?dòng)與傳熱特性。發(fā)現(xiàn)：(1)溫度在電加熱管內(nèi)的分布不僅存在軸向差異，同樣存在徑向差異；提高加熱電流能夠同時(shí)提高流體的流動(dòng)和傳熱性能。(2)在近臨界壓力區(qū)（大于臨界壓力），降低壓力，可以提高流體與管壁之間的對(duì)流傳熱能力，降低壁溫和流體溫度，并且操作壓力越靠近正癸烷的臨界壓力，這種影響就越明顯；提高操作壓力會(huì)降低管內(nèi)流體的流動(dòng)性能。(3)在低溫區(qū)，增大

3、進(jìn)料流量對(duì)流體流動(dòng)影響較小，在中溫區(qū)，增大進(jìn)料流量會(huì)降低流體的流動(dòng)性能，在高溫區(qū)，增大進(jìn)料流量能夠有效地提高流體的流動(dòng)性能；增大進(jìn)料流量能夠提高流體的傳熱性能。(4)增大管徑會(huì)同時(shí)降低流體的流動(dòng)和傳熱性能。
　　通過(guò)引入二次裂解反應(yīng)，拓展了正癸烷熱裂解 PPD模型在高轉(zhuǎn)化率下的適用性。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合CFD模型，解析了裂解反應(yīng)影響流動(dòng)和傳熱的機(jī)制。裂解反應(yīng)會(huì)對(duì)流體的物性產(chǎn)生較大影響，包括密度降低、定壓比熱降低、熱導(dǎo)率降低以及粘性系

4、數(shù)升高。裂解反應(yīng)對(duì)流體流動(dòng)影響不大，但顯著提高了流體和管壁之間的對(duì)流傳熱能力，降低了壁溫和油溫。在管出口處，努賽爾數(shù)提高了26.7％，壁溫下降了約139.5℃，占壁溫溫升的12.2%。二次裂解反應(yīng)對(duì)管壁溫、流體溫度以及裂解轉(zhuǎn)化率影響較小，但明顯提高了小分子裂解產(chǎn)物的收率，在管出口處結(jié)焦前驅(qū)體丙烯的收率提高了約7.5%。電加熱管內(nèi)流體的溫度和組成分布不僅存在軸向差異，而且存在徑向差異，管出口處，近壁面的油溫和丙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比管中心處提