换热预冷发动机预冷特性和发动机性能数值研究

为深入了解换热预冷发动机换热器预冷效果和发动机性能,首先设计了叉排管束式细小通道换热预冷器,并采用非定常数值模拟方法对换热效果进行了仿真,然后结合换热预冷发动机性能计算程序对预冷发动机性能进行了研究。结果表明,飞行马赫数为2.5~4.0且氢气空气质量流比为0.03~0.09条件下,换热预冷器能将来流空气预冷90.6~471.2 K,低温氢气经吸热后温度升幅为266.1~455.3 K,换热效果良好。来流空气经预冷后涡轮发动机的飞行包线最高被拓展至马赫数4.0,达到了与超燃冲压发动机的衔接速域。相比于传统涡轮发动机,氢气空气质量流比为0.03时,本文换热预冷发动机加力状态推力能恢复至设计点推力水平;当氢气空气质量流比增加至0.09时,加力状态推力最高达到设计点推力的两倍左右。马赫数2.6以下换热预冷措施能小幅改善发动机比冲和耗油率（仅计算用于燃烧的氢气量）性能,而飞行速度大于马赫数2.6后换热预冷措施也难以抑制比冲和耗油率迅速恶化的趋势。     

螺旋管式空气-空气换热器的设计和实验研究

为解决飞行器高马赫数飞行时,用于冷却航空发动机涡轮叶片和其它高温部件的压气机出口空气温度过高的问题,设计加工了一种以外涵空气为冷源的螺旋管式空气-空气换热器用于预冷冷却空气.换热器由48根材料为不锈钢321,外径4mm,壁厚0.5mm的螺旋管组成,重量1.91kg,传热面积密度106m2/m3.在常温工况下,实验研究了...     

甲烷预冷膨胀循环空气涡轮火箭发动机性能分析

为研究以甲烷燃料为冷却剂的膨胀循环空气涡轮火箭发动机可行性及性能,采用部件法建立了甲烷预冷膨胀循环空气涡轮火箭(Air-turborocket,ATR)发动机性能评估模型,研究了压气机压比和冷却剂当量比等参数在不同飞行状态下对发动机性能的影响,分析了不同来流工况下发动机正常工作对各部件的性能需求.计算结果表明,通过大于...     

激光供能换热器概念设计及性能分析

针对换热器模式激光推进的特点,设计了一种新颖的平板式换热器结构,这种结构由多层异质材料复合外壳、耐高温金属框架和层流微通道组成,具有较高的激光-热转换效率。建立了换热器出口截面二维温度场模型并进行数值分析,其结果验证了换热器结构的热稳定性。建立了换热器内部流体一维流动模型并进行数值分析,得出了激光辐照功率密度和流体入口速度对换热器内部流体温度分布的影响关系,验证了换热器结构设计满足流体通道压降小的要求。     

紧凑翅片管式空气-燃油换热器试验

为实现航空发动机内部热环境与热沉的有效交互,探究换热元件的流动换热特性。以航空发动机燃油系统回油冷却换热器为例,开展了小管径矩形翅片管式空气-燃油换热器流动换热性能试验研究。试验采用高温燃油与常温空气两股工质在换热器中进行能量交换,探究换热器在不同工况下的流动与换热性能,获取矩形翅片管式换热单元管外流动换热经验关联式。结果表明：矩形翅片管式换热单元的表面传热系数约为相同结构参数光滑管束换热单元的44%,且试验结构换热单元阻力系数高于光滑管束单元,在进行翅片管束换热器设计时应综合考虑翅片对流动换热性能的影响。试验获取的翅片管式换热单元管外努塞尔数经验关联式与阻力系数经验关联式拟合偏差均不超过5%,较为准确地反应了换热单元外侧的流动换热特性。     

吸气式组合发动机进口转换阀门通用特性的计算

讨论了转换阀门的特性通用表达式。采用了工程实际上可以接受的无粘流动模型以及气体流过阀门时产生的各种损失,气体流过阀门时的落后角的模型。考虑了在片状阀门流通通道内气流的临界堵塞流动的模型与计算方法,以便能作改变阀门开度时的变几何阀门的性能计算。     

发动机性能的耦合优化计算

本文根据发动机整机试车结果,在测量数据较少且缺乏发动机部件特性的情况下,通过耦合建模技术和最优化技术,推测出涡扇发动机主要部件(风扇、高压压气机、高低压涡轮)的特性,建立较准确的发动机稳态工作数学模型。      

预冷组合循环发动机吸气式模态建模与性能分析

为了对预冷组合循环发动机开展性能分析，以协同吸气式火箭发动机（SABRE 4）为研究对象，采用部件法建立了发动机稳态模型，计算获得了SABRE 4发动机在吸气式模态下沿飞行弹道的性能参数变化规律。然后对发动机的高度和速度特性进行研究，得到了发动机的飞行包线。计算结果表明，在吸气式飞行弹道内，核心机推力和比冲的变化分别为488~680kN和34786~46954m/s。SABRE 4发动机具备推力大和比冲高的性能优势。在预冷器工作过程中，随着飞行马赫数增大，预冷器换热量不断增大，进入预燃室的氢流量减小，预燃室总温降低，HX3的吸热量减小。与其他压气机和涡轮相比，空气压气机和氦涡轮的工作参数变化较大。SABRE 4发动机通过对来流空气进行预冷，可实现在大空域和宽速域内工作。由于空气压气机的喘振和堵塞边界限制，发动机的高度和速度特性分别存在飞行高度和飞行马赫数的限制。     

航空发动机1 次表面换热器流动换热性能分析

为了研究航空发动机1次表面换热器流动换热性能,基于传热单元数法并结合其结构特性,建立了换热器热力学设计方法并对经典热力学公式进行了对比分析。同时针对适用于航空发动机的4种不同结构形式1次表面换热器(直通道逆流型和1 5°,30°及45°叉流型),在真实工况下的流动换热特性开展了数值模拟研究。通过对比不同结构换热器在不同工况下的流动换热特点,可以为一次表面换热器芯体核心部件的优化设计提供设计依据和方法。基于数值计算结果,对比分析了不同交错角度θ对换热器的换热性能与流动特性的影响。结果表明:对于直通道逆流换热器,整个换热器内部温度有规律均匀分布;对于叉流换热器,由于波纹板片呈一定角度交替放置,内部流动复杂,局部存在明显的涡流强化换热,气体流动通道内的速度、温度分布极不均匀。随着交错角度的不断增大,叉流换热器的换热性能不断增强,但其冷热两侧压降也大幅增大。     

环形散热器的动态性能

 利用热阻热容概念近似描述环形散热器微元段上的动态特性,加上热平衡条件,从而推导出整个环形散热器动态数学模型。只要在微元段上选取适当的节点数,该模型就可以满足任意精度之要求。借助于计算机并使用有限差分法,对环形散热器的动态性能进行了数值计算,理论计算结果与空中飞行试验数据吻合较好。还给出了环形散热器芯体在某一状态下的温度分布,作为动态响应计算的特例,最后计算了此状态下环形散热器稳态性能,其结果与对应的试飞数据比较令人非常满意。     

电热式热交换器的数值分析

对工质加热以提高其比冲,是电火箭应用中的一个技术问题。本文对圆环形通道的内加热流动问题进行了研究。应用Patanka-Spardlinq方法,求解了抛物型的N-S方程,并考虑了外壁面的散热损失。对不同氨分解率和膨胀比的多种情况进行了计算,并对热功率和管道长度的选择进行了分析。     

叉流管－管型换热器二维温度场的数值分析

建立并导出叉流管－管型换热器传热过程的二维数学模型及相应的差分格式，对比实验数据和性能计算结果，表明数值方法是有效可行的。据此编制的计算机程序已成功地用于组合发动机空气预冷换热器工作过程的预测。     

叉流管－管型换热器二维温度场的数值分析

建立并导出叉流管－管型换热器传热过程的二维数学模型及相应的差分格式。对比实验数据和性能计算结果，表明数值方法是有效可行的，据此编制的计算机程序已成功地用于组合发动机空气预冷换热器工作过程的预测。     

航空交叉流式湿热交换器的热性能分析

 本文分析研究两种流体互不混合的湿空气交叉流式热交换器的热性能。按热质平衡原理,首先建立了一套描述其热湿性能的微分方程组,而后应用有限差分技术把它们化为差分格式进行计算,最后与实验结果进行了比较,获得较为满意的结果。     

条缝肋管风冷换热器传热系数计算及最佳设计

介绍了近似计算空调常用条缝肋片管风冷换热器传热系数及流动阻力的数学模拟, 计算方法和试验比较吻合, 说明计算方法是可行的、实用的。对风冷换热器进行优化设计和原产品对比, 效果明显, 说明优化设计是可行的。      

液氧传热性能研究

用电加热方法实验研究了超临界压力下临界温度区液氧的传热性能,验证了国内常用的传热准则方程式计算液氧换热的适用性.研究结果表明:用亚临界非等温流体湍流换热公式计算超临界压力下液态氧的传热时,只适用于壁温T_w<200K,液温T_f<140K的传热工况;用谢茨曼提出的临界温度区流体换热公式计算临界温度附近液氧和低温气氧的放热系数时,偏差很大;常用的气体换热公式计算超临界压力下高温气氧的传热,基本合适.文章整理和提出了一个适用于临界温度附近液氧和低温气氧传热计算的新的准则方程式.     

板翅式湿空气热交换器传热传质性能实验研究

对板翅式三角形型面湿空气热交换器的传热传质特性和阻力特性进行了实验研究,获得了干、湿工况下的传热传质特性和阻力特性实验关联式。     

典型结构的层板发汗冷却推力室传热特性的推算方法

针对典型的层板发汗冷却结构,提出了利用一个推力室的实验数据来计算另一推力室所需发汗流强的方法。在一种发动机推力室壁面发汗冷却实验数据测出以后,对同一发动机或另一发动机推力室壁采用不同的冷却剂、不同的壁面材料时的受热壁面工作温度与发汗流强的关系,由迭代计算完成。作为分析实例,利用氦气发汗冷却的试验数据对氢气发汗冷却流强进行了计算,其结果得到了实验的验证。     

亚音速飞行器进气道内通道设计及性能计算

在多年来的亚音扩压器研究成果的基础上,提出了亚音速飞行器进气道内通道优化设计的概念,并介绍了亚音速飞行器进气道内通道设计及性能计算软件的功能。实践表明,该设计及性能计算软件可用于亚音飞行器进气道内通道的设计选型,从而减少或替代实验选型,节省费用,缩短研制周期。