U形竖管内超临界甲烷传热异常行为机理研究

作     者：宿诗雨 姜文全 李琳 杨帆 石杰峰 李洋 SU Shi-yu;JIANG Wen-quan;LI Lin;YANG Fan;SHI Jie-feng;LI Yang

作者机构：辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺113001 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院辽宁抚顺113001 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2023年第44卷第11期

页      面：170-177页

核心收录：

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080103[工学-流体力学] 0817[工学-化学工程与技术] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(52006094) 辽宁省教育厅科学研究经费项目(LJKMZ20220725 L2019024) 

主　　题：航空发动机 超临界流体 U形管 迪恩涡 空气预冷系统 

摘      要：针对航空发动机的空气预冷系统U形竖管超临界流体传热异常问题,对超临界压力甲烷U形竖管内传热行为进行了数值研究。探究了热流密度、质量流量和运行压力对换热的影响,从超临界甲烷管内温度、速度、流动状态及无量纲数变化出发,阐述了超临界甲烷在U形管内异常传热现象形成的机理。结果表明,在较高热流密度(95k W·m~(-2))下,浮升力导致的自然对流是上升直管段内传热恶化的主要原因,运行压力的升高抑制了物性变化,促进了传热恶化向正常传热方向恢复。弯管段内的二次流使混合对流转变为强制对流,二次流形成的迪恩涡改善了径向温度分布不均匀性,强化了弯管段及其后续直管段的传热,且在弯管顶部位置传热的强化作用最为显著。