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多影响因素作用下碳氢燃料跨临界过程换热恶化的数值研究

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航空动力学报 2019年第2期34卷 387-395页

作者：李良伟王畅朱剑琴胡希卓北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家科技重点实验室北京100191

为深入理解多影响因素作用下碳氢燃料跨临界过程换热恶化的特性,基于开源计算软件OpenFOAM对超临界RP-3的流动换热过程进行数值模拟。采用广义对应状态法则对碳氢燃料替代模型的物性进行计算,湍流模型选用SST(shear stress transport)k... 详细信息

为深入理解多影响因素作用下碳氢燃料跨临界过程换热恶化的特性,基于开源计算软件OpenFOAM对超临界RP-3的流动换热过程进行数值模拟。采用广义对应状态法则对碳氢燃料替代模型的物性进行计算,湍流模型选用SST(shear stress transport)k-ω湍流模型。与实验数据比较,热流密度为300～400kW/m2内的计算壁温平均误差小于3%。研究分析了换热恶化机理,讨论压力、进口温度、热流密度与质量流量之比对RP-3换热特性的影响。结果表明:拟临界温度附近RP-3热物性的剧烈变化是强制对流下发生换热恶化的主要原因;提高压力、降低热流密度与质量流量之比或减小进口温度是避免流体在拟临界温度附近发生换热恶化的有效措施;提出了换热恶化预测关联式,为主动再生冷却技术提供参考。

关键词：碳氢燃料RP-3 软件OpenFOAM 超临界换热特性换热恶化

压力对超临界碳氢燃料换热恶化影响的数值研究

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推进技术 2017年第11期38卷 2540-2547页

作者：王龙云朱剑琴李海旺程泽源北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

为了研究竖直管道内压力对超临界碳氢燃料换热恶化的影响,采用数值模拟的方法,选择RP-3的四组分替代模型和LS低雷诺数湍流模型,分别从浮升力和物性的角度深入分析压力作用机理,并对比了直径2mm与10mm管道内压力的作用效果。各工况下计... 详细信息

为了研究竖直管道内压力对超临界碳氢燃料换热恶化的影响,采用数值模拟的方法,选择RP-3的四组分替代模型和LS低雷诺数湍流模型,分别从浮升力和物性的角度深入分析压力作用机理,并对比了直径2mm与10mm管道内压力的作用效果。各工况下计算结果与实验数据基本吻合,证实了计算方法的准确性。数值模拟结果表明:不考虑裂解结焦的情况下,系统压力超过5MPa后,碳氢燃料物性随温度变化趋于平缓,密度及比热容在管内不均匀性得到改善,同时壁面附近比热容平均值增大,使得管内换热恶化得到有效缓解;而在直径10mm管道内,热流从壁面到主流区传播减慢,管壁与管道轴心处流体温差最大可达300K,物性不均匀现象加剧,增大压力对换热恶化的缓解效果被削弱。

关键词：超临界碳氢燃料换热恶化变物性

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微型超高速旋转盘腔流动与换热规律研究

推进技术 2023年第9期44卷 138-148页

作者：赵熙刘剑宇全永凯中国航发贵阳发动机设计研究所贵州贵阳550081 北京航空航天大学航空发动机研究院航空发动机气动热力国防科技重点实验室北京102206 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭) 浙江杭州310023

通过数值模拟方法研究了带周向环罩的微型超高速旋转盘腔的流动与换热规律,盘腔的半径为4mm,转速为2×10^(5)~1×10^(6)r/min。结果表明:超强离心力及其衍生浮升力并没有给微型旋转盘腔带来与常规盘腔不同的流动结构,但是超强离心力及... 详细信息

通过数值模拟方法研究了带周向环罩的微型超高速旋转盘腔的流动与换热规律,盘腔的半径为4mm,转速为2×10^(5)~1×10^(6)r/min。结果表明:超强离心力及其衍生浮升力并没有给微型旋转盘腔带来与常规盘腔不同的流动结构,但是超强离心力及其衍生浮升力引起的粘性耗散效应导致旋转盘高半径处发生换热恶化现象,周向环罩的存在则进一步加剧了该现象。在高旋转雷诺数和低转盘过余温度工况下,强离心力及其衍生浮升力引起的粘性耗散效应更加显著,而周向环罩的影响相对弱化。

关键词：微型旋转盘腔流动与换热离心力离心浮升力粘性耗散换热恶化

航空煤油RP-3在跨临界条件下的换热机理分析

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低温工程 2023年第5期 75-81,88页

作者：赵泽铭张丽姜文全乔焱杨帆辽宁石油化工大学石油天然气工程学院抚顺113001 辽宁石油化工大学机械工程学院抚顺113001

为了探究航空煤油RP-3在再生冷却通道中的换热机理,对其在竖直圆管内跨临界条件下的对流换热进行了数值研究。着重分析了不同工况下对换热的影响因素,提出了适用于RP-3的热加速临界准则。结果表明:在高热流密度下,壁温升高至跨临界区间... 详细信息

为了探究航空煤油RP-3在再生冷却通道中的换热机理,对其在竖直圆管内跨临界条件下的对流换热进行了数值研究。着重分析了不同工况下对换热的影响因素,提出了适用于RP-3的热加速临界准则。结果表明:在高热流密度下,壁温升高至跨临界区间会发生第一次换热恶化(HTDⅠ),主流温度达到跨临界阶段会发生第二次换热恶化(HTDⅡ),热物性异常和热加速效应是恶化发生的主要原因。较低的质量流率和进口温度均会使传热系数降低,但是后者会推迟恶化现象的发生,提高进口雷诺数有助于换热。热加速因子Kv>9.6×10^(-8)时会引发传热恶化现象,Kv值越大,热加速效应越明显。

关键词：航空煤油跨临界换热恶化热物性异常热加速效应

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催化重整条件下碳氢燃料热裂解与换热

航空动力学报 2018年第8期33卷 1830-1837页

作者：张定瑞张枭雄侯凌云清华大学航天航空学院北京100084

针对碳氢燃料在再生冷却通道内的热裂解和催化重整反应过程,考虑燃料在超临界压力下的热物性,建立了超临界压力下的流动、换热和反应模型,开展了流动换热、热裂解和催化重整反应的耦合数值研究。结果表明:计算结果与实验吻合良好,能较... 详细信息

针对碳氢燃料在再生冷却通道内的热裂解和催化重整反应过程,考虑燃料在超临界压力下的热物性,建立了超临界压力下的流动、换热和反应模型,开展了流动换热、热裂解和催化重整反应的耦合数值研究。结果表明:计算结果与实验吻合良好,能较为准确地预测壁面和燃油温度、燃料转化率和换热恶化等现象。催化重整反应能显著提高燃料的吸热能力,降低出口温度,同时还能抑制热裂解反应的发生。增大流量会降低燃料在通道内的停留时间,降低燃料的转化率和化学反应吸热量。

关键词：碳氢燃料热裂解反应催化重整停留时间换热恶化

超临界压力CO_2在垂直管内对流换热数值模拟

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原子能科学技术 2009年第3期43卷 247-251页

作者：李志辉姜培学清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

对于超临界压力CO2在垂直圆管(din=2 mm)内高进口雷诺数(Re=9 000)条件下向上流动时的对流换热进行了数值模拟。通过与实验数据进行对比来验证湍流模型的可靠性,并研究变物性和浮升力对壁面温度和湍动能的影响。结果表明:在热流密度较... 详细信息

对于超临界压力CO2在垂直圆管(din=2 mm)内高进口雷诺数(Re=9 000)条件下向上流动时的对流换热进行了数值模拟。通过与实验数据进行对比来验证湍流模型的可靠性,并研究变物性和浮升力对壁面温度和湍动能的影响。结果表明:在热流密度较高的情况下,向上流动时出现了局部换热恶化和换热强化现象,这主要归因于浮升力对湍动能分布的影响;采用LB湍流模型能较好地模拟这种换热现象;在热流密度较低的情况下,未出现上述换热现象。

关键词：超临界压力浮升力换热恶化数值模拟

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竖直管道内湍流混合对流换热研究

工程热物理学报 2005年第2期26卷 286-288页

作者：刘峰姜培学 S HE J D JACKSON 清华大学热能工程系热能动力工程与热科学重点实验室北京100084 英国罗伯特戈登大学工学院英国曼彻斯特大学工学院

本文对空气在竖直圆管中的湍流混合对流换热进行了实验研究和数值模拟,并对异种气体(氦气)对混合对流换热的影响进行了初步的实验研究。研究发现,空气在竖直圆管中向上流动时,随着热流密度的不断增大,出现换热恶化现象。如果浮升力足够... 详细信息

本文对空气在竖直圆管中的湍流混合对流换热进行了实验研究和数值模拟,并对异种气体(氦气)对混合对流换热的影响进行了初步的实验研究。研究发现,空气在竖直圆管中向上流动时,随着热流密度的不断增大,出现换热恶化现象。如果浮升力足够大,则换热效果在降到最低点后又好转。在实验过程中,由于实验条件所限没有发现异种气体对混合对流换热有显著的影响。

关键词：混合对流换热恶化实验研究数值模拟

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超临界流体传热综述

低温与超导 2008年第10期36卷 44-50页

作者：黄禹沈飚张鹏王如竹上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240

超临界流体是温度和压力均高于临界点的流体,在临界点附近物体的粘性、密度、比热以及其它一些性质变化非常剧烈,处于超临界状态时物质的气液两相性质非常接近,这种特殊的物性使得超临界流体在诸多领域有着非常广泛的应用。总结了以前... 详细信息

超临界流体是温度和压力均高于临界点的流体,在临界点附近物体的粘性、密度、比热以及其它一些性质变化非常剧烈,处于超临界状态时物质的气液两相性质非常接近,这种特殊的物性使得超临界流体在诸多领域有着非常广泛的应用。总结了以前国内外学者对于超临界流体传热的研究,主要集中于CO2和水的实验研究,由众多实验表明换热恶化容易发生在赝临界点附近、高热流密度、低质量流量和向上流动的情况下,换热系数的峰值也出现在赝临界点附近,并随压力和温度的变化会有所改变。还对提出的一系列关联式进行比较和分析。

关键词：超临界换热赝临界点换热恶化浮升力

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竖直细圆管中超临界氮的对流换热研究

低温与超导 2009年第7期37卷 9-13页

作者：黄禹沈飚张鹏王如竹上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240

在内径为2mm的竖直细圆管内进行了向上流动的超临界对流换热实验。通过实验发现,质量流量、进口温度对壁面温度分布以及压降有很大影响;并讨论了换热发生增强和恶化的原因;用浮升力和热加速准则解释了其中的一些热流体现象。并基于FLUEN... 详细信息

在内径为2mm的竖直细圆管内进行了向上流动的超临界对流换热实验。通过实验发现,质量流量、进口温度对壁面温度分布以及压降有很大影响;并讨论了换热发生增强和恶化的原因;用浮升力和热加速准则解释了其中的一些热流体现象。并基于FLUENT软件进行了数值计算,与实验结果进行比较,分析表明,数值计算预测壁面温度分布和压降有一定的适用性。

关键词：超临界氮换热换热恶化浮升力数值计算