甲烷预冷器三维换热特性数值研究

作     者：罗佳茂 游进 焦思 杨顺华 薄泽民 肖云雷 LUO Jiamao;YOU Jin;JIAO Si;YANG Shunhua;BO Zemin;XIAO Yunlei

作者机构：北京流体动力科学研究中心北京100011 中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000 

出 版 物：《航空动力学报》 (Journal of Aerospace Power)

年 卷 期：2024年第39卷第8期

页      面：39-49页

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 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）] 

基　　金：国家自然科学基金(11902337 52207179) 

主　　题：预冷器 甲烷 预冷发动机 热交换 冷却管 

摘      要：采用三维数值仿真方法对轴向管束式甲烷预冷器的热交换性能进行了评估,获得了预冷器在不同冷却剂当量比和飞行工况下的流场分布,并在此基础上提出了冷却剂流量控制策略。计算结果表明:该型甲烷预冷器在3倍当量比冷却剂条件下最高能将来流空气冷却131 K,能将传统涡轮发动机工作速域拓展至马赫数为3.0以上;预冷器出口空气流场受管束排列方式影响无法实现完全均匀,总温畸变为13.3%;甲烷最高温升为395 K;冷却管内外壁面平均温差约为15 K,管内甲烷横截面内温差约为10 K;预冷器总压恢复系数为0.715~0.88,换热有效度为0.63~0.9,最大功质比为395 kW/kg。在发动机预冷需求和冷却剂消耗限制条件下规划了冷却剂流量控制策略,建议马赫数为2.5以下保持不高于1.5倍当量比冷却剂,马赫数为3.0以上保持3倍当量比冷却剂。