液氧甲烷变推力发动机螺旋槽再生冷却传热特性研究

为探究宽工况范围下螺旋槽再生冷却的传热特性，基于微小通道内低温工质的相变传热模型，采用一维传热计算方法，对5 kN级液氧甲烷变推力发动机开展了螺旋槽再生冷却传热特性研究。结果表明：本文所采用的传热计算模型可用于传热预估，与试验结果相比，冷却剂温升误差为4.3%，压降误差为1.1%，喉部处外壁温误差为-11%，在工程计算可接受范围内；相比于直槽，螺旋槽再生冷却能有效降低燃气侧壁温，同时，在宽范围变推力条件下，实际功率水平越低，冷却剂温升、压降越小，喉部燃气侧壁温越低，但“传热恶化区”内的壁温最大值反而越高，当发动机推力由额定工况的75%调整至20%时，燃气侧壁温的最大值由1 351 K增大至1 399 K；综合考虑壁面温度及冷却剂的压力损失，本文对冷却通道开展优化设计，对比四种冷却通道方案的传热性能，其中，方案4为最优方案，20%额定功率水平工况时，冷却剂温升为491 K，压降为0.34 MPa，燃气侧壁温最大值也仅为1 297 K，较初始设计方案降低了102 K，远低于材料的极限温度。