吸热型碳氢燃料再生冷却性能评估方法

吸热型碳氢燃料作为吸气式高超声速飞行器的再生冷却剂,冷却剂出口温度可达到750℃以上。碳氢燃料的冷却能力和抗结焦特性指标,是再生冷却剂的关键参数。在工程应用参数范围内,建立了吸热型碳氢燃料再生冷却性能综合评估体系,实现燃料热沉、结焦和流动传热性能的综合评估。燃料热沉采用热平衡法测量。作为参考:燃料温度600℃,热沉约2.0 MJ/kg;燃料温度750℃,热沉约3.5 MJ/kg。结焦采用层流流动阻力法进行定量测量,应用泊肃叶定律计算碳氢燃料结焦前后通道的当量内径,从而得到通道内结焦层的平均厚度。流动换热性能的评估方法是比较相同出口流体温度条件下不同燃料壁面温度沿轴向的分布趋势。以上吸热型碳氢燃料评估方法的建立,为研制吸热型碳氢燃料提供了有效的初步筛选途径。     

超（近）临界压力航空煤油RP-3的拟过冷沸腾传热特性

为了研究吸热型碳氢燃料在新型飞行器中的再生冷却性能,采用电加热方式,在热流密度0.1-1.0MW/m2和质量流速500-1000kg/m2s条件下,小通道圆管内（D=1.6mm）研究了超（近）临界压力下（P=3MPa）航空煤油RP-3的拟沸腾流动传热特性。研究发现了超（近）临界压力航空煤油的拟过冷沸腾传热现象。拟过冷沸腾壁温变化特征和传热恶化特征与亚临界压力下的相应特征存在差异。超临界压力航空煤油传热区域划分为类液态强制对流传热区、拟过冷沸腾区和类气态强制对流传热区。拟过冷沸腾壁温和传热系数随流体温度增加而缓慢增加,起到传热强化的作用;拟临界温度区域,存在传热系数极小值点,燃料发生传热弱化;燃料温度大于拟临界温度,燃料处于超临界类气态,传热大幅强化。     

碳氢燃料变压力过程中传热研究

碳氢燃料广泛应用于再生冷却技术中,为了研究其在不同压力下和压力变化过程中的传热规律,使用内径1mm圆管进行了变压力过程实验。试验参数:冷态流量1g/s,流体出口温度500℃,压力1~4MPa。在不同压力稳态的传热试验中发现了两种类型的传热恶化:亚临界下的膜态沸腾和超临界时的入口层流化。研究了变压力时的传热特性,重点分析了不同换热区域的外壁温动态变化,发现了变压力过程中的壁温非单调特性,在超临界压力下动态变化时的传热弱于稳态的传热。实验中还研究了三种不同升压速率对换热的影响,结果显示压力变化速率对传热影响不大。     

超临界压力下乳化煤油比定压热容测量

为了准确测量高温高压下乳化煤油的比定压热容,基于能量守恒的量热计理论,搭建了一套流动型比定压热容在线测量系统。系统温度测量范围为301~900K,测量压力可达10MPa。通过去离子水和质量比1:1正辛烷-正庚烷混合物对测量系统进行标定,实验结果与文献值进行比较,最大相对误差小于±1%,相对误差绝对平均值在0.46%以内。在此基础上,对含水质量分数为10%,20%,30%,50%的四种乳化煤油比定压热容进行测量,温度为301~880K,压力为3MPa。实验结果与航空煤油RP-3进行对比,结果表明:相同工况下,乳化煤油比定压热容较大,吸热能力更强,冷却壁温效果更好。该系统的搭建为进一步研究乳化碳氢燃料比定压热容创造了条件。     

基于PIV技术流动调整器性能试验研究

管内流态畸变对压差式流量计的测量精度有较大影响。在流量计的上游安装流动调整器,可以达到改善甚至消除流态畸变、提高测量精度的目的。为了研究流动调整器的整流效果及性能,选取竖直双弯头(90°布置)和半开阀门(50%开度)两种涡发生器来产生流态畸变,采用PIV测速技术,对管束式流动调整器、AMCA调整器和Zanker流动调整器三种流动调整器的整流效果进行实验研究。研究结果表明,相较于无流动调整器情况,三种流动调整器均能明显起到改善流态畸变的作用。其中管束式流动调整器和AMCA调整器可以有效地消除径向速度波动和漩涡流动,而Zanker流动调整器消除速度不对称分布的能力最强,同时带来的压力损失也最大。     

双毛细管法高温气态环己烷黏度测量研究

为了探索双毛细管法在碳氢燃料高温气态黏度测量中的应用,本文采用双毛细管法测量了亚临界压力下环己烷的高温气态黏度。测量温度范围：301.9 K-567.1 K（间隔约10K）;压力范围：0.5MPa-4.0MPa（间隔1.0 MPa）。考虑螺旋管圈的二次流效应,使用基于雷诺数（Re）或迪恩数（De）的函数关系式对黏度测量结果进行离心修正。在测量参数条件下,气态环己烷的雷诺数Re ≤ 1984.5。研究表明：双毛细管法测量环己烷液态和气态黏度时,螺旋管圈的二次流效应具有显著差别;液态环己烷的离心修正系数小于 4.32%,气态环己烷的离心修正系数最高达到 49%;离心力二次流效应是影响环己烷气态黏度测量精度的最重要因素;离心修正关系式的准确度对环己烷气态黏度测量结果的不确定度产生显著影响。