發(fā)布時間：2020-12-03 23:30

　　再生冷卻是以碳氫燃料為工質(zhì)對高速飛行器進行冷卻的有效熱防護方式,可以應用到高壓渦輪的冷卻方面。本文基于此背景,對旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下U型通道內(nèi)的碳氫燃料流動和換熱特性進行基礎分析,初步探究超臨界條件下碳氫燃料在旋轉(zhuǎn)管內(nèi)流動特點和換熱規(guī)律,研究工況和管道結(jié)構(gòu)參數(shù)對碳氫燃料旋轉(zhuǎn)管道內(nèi)流動換熱的影響。本文首先建立了超臨界碳氫燃料在旋轉(zhuǎn)冷卻通道內(nèi)流動換熱的數(shù)值模型,采用k-ωSST湍流模型進行計算研究。首先研究了定工況下,轉(zhuǎn)速對碳氫燃料在U型通道內(nèi)的流動和換熱的影響規(guī)律。在旋轉(zhuǎn)條件下,科氏力對流動產(chǎn)生影響,生成通道渦流,同時,旋轉(zhuǎn)能提高旋轉(zhuǎn)管道的整體換熱效果,最后對比碳氫燃料相與空氣換熱能力,發(fā)現(xiàn)碳氫燃料優(yōu)勢明顯。然后,通過控制變量的方法研究了流量、熱流密度和壓力等工況參數(shù)對旋轉(zhuǎn)冷卻通道內(nèi)碳氫燃料換熱的影響規(guī)律。結(jié)果表明,流量越大,換熱效果越好,但小流量工況在高轉(zhuǎn)速下?lián)Q熱綜合性能更好;熱流密度變大,換熱能力變差,但流動阻力變小,換熱綜合性能變好;壓力越小,旋轉(zhuǎn)條件下?lián)Q熱性能越好。最后,本文建立了不同截面形狀和不同弦長的旋轉(zhuǎn)U型通道模型,并研究這些結(jié)構(gòu)參數(shù)對流動和換熱的影響。結(jié)果表明,截面形狀會影響旋轉(zhuǎn)通... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

透平進口燃氣溫度發(fā)展趨勢

圖 1-2 燃氣輪機葉片冷卻技術的發(fā)展燃料空心軸輪盤葉片圖 1-3 渦輪葉片液冷示意圖[7]動機的冷卻系統(tǒng)首先需要保證直接與高溫燃氣接觸的金屬表面材料蠕性變形溫度，而且溫度梯度不能超過材料極限，避免因高失效。主動再生冷卻是由蘇聯(lián)火箭專家齊奧爾科夫斯基提出的一方案，廣泛應用在液體火箭和超燃沖壓發(fā)動機上，其方法是將液經(jīng)發(fā)動機高溫部件，實現(xiàn)燃燒室冷卻的同時加熱燃料，然后將高

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文頓大學的液體旋轉(zhuǎn)實驗臺為主[16]，戴頓大學實驗臺如圖 1-7 所道內(nèi)流動的研究由來已久，主要涉及旋轉(zhuǎn)內(nèi)流動產(chǎn)生的二次流、、浮升力等對流動與換熱的影響情況。轉(zhuǎn)管道流動研究于旋轉(zhuǎn)管道流動問題的研究，由來已久。首先是氣象學家研究地層流動影響，然后是河流受到科氏力的作用，對一側(cè)河道沖刷嚴究。到后來，隨著工業(yè)技術的發(fā)展，人們對旋轉(zhuǎn)管道內(nèi)的流動研在實際的應用中，研究者們主要研究一下四種模式的旋轉(zhuǎn)流動 (Radial:otation) ； (2) 平 行 旋 轉(zhuǎn) (parazlelrotation) ； (3) 軸 lrotation)；(4)周向旋轉(zhuǎn)(eircumerrentialrotation)(如圖 1-3)。當曲 曲 率 中 心 旋 轉(zhuǎn) ( 軸 向 旋 轉(zhuǎn) ) 時 ， 科 氏 力 (Coriolis Foree) 和ugual Force)的共同作用下，使得流體流動的特性與靜止狀態(tài)下此時截面上存在明顯的的二次流。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]油冷渦輪動葉方案中旋轉(zhuǎn)冷卻效應分析[J]. 秦江,孫紅闖,白新陽,謝公南,韓杰才.  推進技術. 2017(02)
[2]浮升力對旋轉(zhuǎn)U型通道流動與換熱影響的數(shù)值研究[J]. 楊珂,聞潔.  推進技術. 2016(09)
[3]碳氫燃料在旋轉(zhuǎn)通道中傳熱的數(shù)值模擬[J]. 蘆澤龍,嚴俊杰,祝銀海,姜培學.  工程熱物理學報. 2015(11)
[4]采用流體網(wǎng)絡與氣熱耦合方法的渦輪葉片復合冷卻結(jié)構(gòu)改型設計[J]. 顏培剛,史亮,王祥鋒,韓萬金.  中國科學:技術科學. 2013(12)
[5]TBCC用渦輪發(fā)動機技術的發(fā)展[J]. 郭琦.  燃氣渦輪試驗與研究. 2013(06)
[6]超臨界壓力下碳氫燃料在豎直圓管內(nèi)換熱特性[J]. 張斌,張春本,鄧宏武,徐國強,朱錕.  航空動力學報. 2012(03)
[7]Deterioration in Heat Transfer of Endothermal Hydrocarbon Fuel[J]. Weixing Zhou 1, Wen Bao*, Jiang Qin3 and Yunfeng Qu4 Harbin Institute of Technology, Harbin, China, 150001.  Journal of Thermal Science. 2011(02)
[8]超臨界壓力下航空煤油傳熱特性[J]. 李中洲,朱惠人.  推進技術. 2011(02)
[9]旋轉(zhuǎn)附加力對方通道內(nèi)流動與換熱的影響機理[J]. 劉傳凱,丁水汀,陶智.  北京航空航天大學學報. 2009(03)
[10]哥氏力對旋轉(zhuǎn)方通道內(nèi)流動與換熱的影響[J]. 徐國強,楊博,陶智,劉傳凱,丁水汀,鄧宏武.  熱科學與技術. 2008(04)

博士論文
[1]旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下回轉(zhuǎn)通道內(nèi)部流動與換熱特性研究[D]. 趙曙.西北工業(yè)大學 2014
[2]渦輪流場大渦模擬與擬序結(jié)構(gòu)研究[D]. 史萬里.南京航空航天大學 2012
[3]燃氣透平葉片冷卻通道及葉頂間隙流動和換熱研究[D]. 張洪.中國科學技術大學 2012
[4]可壓縮剪切湍流的直接模擬和大渦模擬研究[D]. 孫小波.中國科學技術大學 2007
[5]旋轉(zhuǎn)曲線管道內(nèi)流動結(jié)構(gòu)與換熱特性研究[D]. 陳華軍.浙江大學 2003

碩士論文
[1]正癸烷高溫燃燒特性實驗與數(shù)值模擬研究[D]. 丁旭.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[2]超臨界碳氫燃料流動及凹陷強化傳熱數(shù)值研究[D]. 曹杰.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]管道網(wǎng)絡法在渦輪葉片傳熱設計中的應用研究[D]. 劉維.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[4]基于有限差分方法的可壓縮流動大渦數(shù)值模擬[D]. 李震.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[5]超臨界壓力下正癸烷對流換熱實驗研究[D]. 于文力.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[6]超燃沖壓發(fā)動機燃燒室再生冷卻研究[D]. 蔣勁.西北工業(yè)大學 2006



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