论文总字数：25182字

摘 要

本文针对大量国内外关于超燃冲压发动机燃烧室内再生冷却通道的研究进行了整合，并在其基础上，使用Gambit建立模型，运用ANSYS Fluent对模型进行数值模拟运算。本文还对运算结果做出详尽整理，探究超临界压力下矩形通道内碳氢燃料的传热特性，并发散思考梯形管道的可行性。做出了合理的实验计划，对梯形管道的可行性进行仔细思考，设计梯形管道模型，探究不同热流密度、同周长时不同形状以及同截面积时不同形状对传热特性的影响。详细探究了超临界压力下梯形管道内碳氢燃料的传热特性以及极限情况时的传热特性。

关键词:超临界压力 梯形通道 数值模拟 传热恶化 不对称加热

Study on Heat Transfer Characteristics of Supercritical Pressure Hydrocarbon Fuel Flow in Trapezoidal Channel

Abstract

In this paper, a large number of domestic and foreign researches on the regenerative cooling passages in the combustion chamber of supersonic ramjet engines are integrated. This paper also elaborates on the calculation results, explores the heat transfer characteristics of hydrocarbon fuel in rectangular channels under supercritical pressure, and diverges the feasibility of trapezoidal pipelines. A reasonable experimental plan was made to carefully consider the feasibility of trapezoidal pipelines. The trapezoidal pipeline model was designed to explore the effects of different heat fluxes, different shapes at the same perimeter, and different shapes on the heat transfer characteristics. The heat transfer characteristics of the hydrocarbon fuel in the trapezoidal pipeline under supercritical pressure and the heat transfer characteristics in the limit condition are investigated in detail.

Key words: Supercritical pressure; Trapezoidal channel; Numerical simulation; Heat transfer deterioration; Asymmetric heating.

目 录

摘要………………………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………………………II

第一章 绪论……………………………………………………………………………………1

1.1 选题背景及意义………………………………………………………………………1

1.2 国内外发展及研究现状………………………………………………………………1

1.2.1 超临界压力流体流动传热特性研究…………………………………………1

1.2.2 超临界压力下碳氢燃料的传热特性研究……………………………………2

1.3 流动与传热数值模拟方法研究………………………………………………………3

1.4 总结……………………………………………………………………………………4

第二章 数值计算的理论基础与数值模型………………………………………………5

2.1 数值计算………………………………………………………………………………5

2.1.1 数值计算的基本原理…………………………………………………………5

2.1.2 数值模拟基本思路与操作……………………………………………………5

2.1.3 数值计算的优点………………………………………………………………5

2.2 湍流及其数学描述……………………………………………………………………6

2.2.1 湍流流动的概念………………………………………………………………6

2.2.2 湍流的特征……………………………………………………………………6

2.2.3 湍流的基本方程………………………………………………………………6

2.2.4 湍流模型的选择………………………………………………………………7

2.3 控制方程的离散化……………………………………………………………………7

第三章 计算模型及验证……………………………………………………………………9

3.1 计算模型………………………………………………………………………………9

3.2 边界条件………………………………………………………………………………10

3.3 数值方法验证及结果分析……………………………………………………………11

3.3.1 数值方法验证…………………………………………………………………11

3.3.2 结果分析………………………………………………………………………12

第四章 热流密度对碳氢燃料的传热特性的影响…………………………………16

4.1 在矩形通道内传热特性分析…………………………………………………………16

4.1.1 边界条件及物性参数…………………………………………………………16

4.1.2 矩形模型不同热流密度时温度曲线分析……………………………………16

4.1.3 矩形模型不同热流密度时速度梯度分析……………………………………17

4.1.4 矩形模型不同热流密度时密度曲线分析……………………………………19

4.2 在梯形通道内传热特性分析…………………………………………………………19

4.2.1 边界条件及物性参数…………………………………………………………19

4.2.2 梯形模型建立…………………………………………………………19

4.2.3 梯形模型不同热流密度时温度曲线分析……………………………………20

4.2.4 梯形模型不同热流密度时速度梯度分析……………………………………22

4.2.5 梯形模型不同热流密度时密度曲线分析……………………………………23

第五章 梯形形状对碳氢燃料的传热特性的影响……………………………………26

5.1 梯形周长一定时形状对传热特性的影响……………………………………………26

5.1.1 计算模型………………………………………………………………………26

5.1.2 温度特性分析…………………………………………………………………27

5.1.3 速度特性分析…………………………………………………………………27

5.2 梯形截面积一定时形状对传热特性的影响…………………………………………28

5.2.1 计算模型………………………………………………………………………28

5.2.2 温度特性分析…………………………………………………………………28

5.2.3 速度特性分析…………………………………………………………………29

结语……………………………………………………………………………………………31

参考文献………………………………………………………………………………………32

致谢……………………………………………………………………………………………35

第一章 绪论

1.1选题背景及意义

高超声速飞行器（飞行马赫数超过声速5倍的有翼和无翼飞行器）是未来军民用航空航天战略发展方向，被称为继螺旋桨、涡轮喷气推进飞行器之后航空史上的第三次革命^[1]。想要将高超声速飞行器运用到现实中来，需要多方努力，其中必不可少的一环便是超燃冲压发动机，而他也是21世纪以来全球各国争相努力的焦点之一。

超燃冲压发动机性能十分优越，可以说是目前最好的吸气式动力。但如果结合到高超声速飞行器的使用上时，却有一个无法避免的缺陷，超燃冲压发动机想要能够独立完成从起飞到高超音速飞行的整个过程十分吃力。于是，在此基础上一些科学家提出了一个全新的概念，组合式动力。这样使飞行的马赫数控制在15以内，可以运用在地面起降的有人驾驶空天飞机。国外已经研究过的组合式超燃冲压发动机主要有涡轮超燃冲压和火箭超燃冲压等^[2]。

请支付后下载全文，论文总字数：25182字