3D打印矩形粗糙通道内火箭煤油流动换热特性试验方法研究

作     者：刘朝晖 彭乐钦 李沛奇 杨宝娥 王玫 

作者机构：西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室 西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家重点实验室基金资助项目(HTKJ2021KL011002) 

主　　题：3D打印 矩形通道 流动换热 粗糙度 火箭煤油 

摘      要：为探究3D打印再生冷却通道在液体火箭发动机推力室中的替代应用特性，研制了具有不同内表面粗糙度的正弦波纹结构3D打印304不锈钢矩形小通道。内截面名义尺寸为2.0 mm ×2.0 mm，设计粗糙度分别为6.3、25、100 μm，实际粗糙度Ra分别为11.88、12.70、17.53 μm，通过高温电阻率法和像素法结合获得了3D打印通道的实际内径和壁厚，修正了火箭煤油流动换热的内壁温和热流密度，建立了3D打印粗糙通道内火箭煤油流动换热特性试验研究方法。试验参数：压力为15～20 MPa、质量流速为12 450～24 900 kg·m-2·s-1、热流密度为5～15 MW·m-2、流体温度常温为-150℃。研究结果表明：火箭煤油流动换热特性受到热流密度、流体温度和质量流速的影响；流体温度为50～135℃，换热系数增加约25%～33%；热流密度为5.0～15.0 MW·m-2，换热系数增加了8.3%；质量流速为12 450～ 24 900 kg·m-2·s-1，换热系数大幅增加了60.2%。粗糙度增加对火箭煤油流动换热起到强化作用，粗糙度从11.88 μm增加到17.53 μm，换热强化20%以上。该研究可为3D打印通道在火箭发动机推力室中的替代应用提供参考。