超燃沖壓發(fā)動機冷卻通道內碳氫燃料傳熱及裂解特性研究.pdf

1、高超聲速飛行器的冷卻問題由于飛行馬赫數(shù)的提高愈發(fā)重要。超燃沖壓發(fā)動機工作于高速、高強度燃燒、高溫的極端惡劣的環(huán)境中，考慮飛行器體積以及制備和存儲的后勤安全以及代價問題，常規(guī)燃料的使用有所限制，而高性能碳氫燃料則更具吸引力。它通過物理熱容以及化學裂解大量吸熱，儲存飛行器高溫部位的熱量，在燃燒室通過燃燒再釋放出來，從而有效地解決飛行器的熱管理問題?？梢?，碳氫燃料的傳熱與裂解特性對超燃沖壓發(fā)動機熱防護研究具有重要意義。
　　本文通過對超

2、臨界壓力下超燃沖壓發(fā)動機主動再生冷卻系統(tǒng)中單根冷卻通道碳氫燃料的傳熱流動和裂解特性進行數(shù)值模擬和實驗研究，重點分析了超臨界條件下碳氫燃料的傳熱惡化現(xiàn)象以及高溫熱裂解現(xiàn)象，為超燃沖壓發(fā)動機熱防護系統(tǒng)設計提供一定的數(shù)值依據以及經驗基礎。
　　首先，對超燃沖壓發(fā)動機主動再生冷卻通道進行建模，研究了不同進口溫度、壓力、熱流密度和質量流速條件下戊烷的傳熱特性。重點研究了超臨界條件下碳氫燃料的傳熱惡化現(xiàn)象，比較了不同條件下的內壁面以及冷卻劑溫

3、度的變化情況，從而分析內壁面的換熱狀況，并給出了不同物性參數(shù)對傳熱惡化現(xiàn)象的影響。得到了入口溫度為400K時，壓力、質量流速、熱流密度共同作用下的傳熱惡化消失邊界，以及一定范圍內臨界熱流密度的關系式。結果表明，壓力的增大、質量流速和熱流密度的減小有利于減小傳熱惡化。
　　其次，建立碳氫燃料正庚烷高溫熱裂解的動力學機理，對超燃沖壓發(fā)動機冷卻通道中不同質量流速、進口溫度、熱流密度條件下碳氫燃料的熱裂解進行了數(shù)值模擬，得到了以上因素對裂