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1、碩士學位論文微細通道超臨界碳氫燃料微肋低阻強化換熱研究RESEARCHONHEATTRANSFERENHANCEMENTOFHYDROCARBONFUELUNDERSUPERCRITICALPRESSURECONDITIONSINMINI-CHANNEL李欣哈爾濱工業(yè)大學2018年6月國內(nèi)圖書分類號：V235.21學校代碼：10213國際圖書分類號：629密級：公開工學碩士學位論文微細通道超臨界碳氫燃料微肋低阻強化換熱研究碩士研究生：李欣導師：秦江副教授申請學位：工學碩士學科：動力機械及工程所在單位：能源科學與工程學院答辯日期：2018年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學C
2、lassifiedIndex:V235.21U.D.C:629DissertationforTheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONHEATTRANSFERENHANCEMENTOFHYDROCARBONFUELUNDERSUPERCRITICALPRESSURECONDITIONSINMINI-CHANNELCandidate：LiXinSupervisor：AssociateProf.JiangQinAcademicDegreeAppliedFor：MasterofEngineeringSpeciality：Powermachine
3、ryandEngineeringAffiliation：DepartmentofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文摘要碳氫燃料超燃沖壓發(fā)動機再生冷卻過程是其熱防護的關(guān)鍵。冷卻通道為單側(cè)加熱，且熱流密度與冷卻劑流量之比非常大，從而引起嚴重的熱分層，燃料熱沉利用率極低；同時由于冷卻劑工作在超臨界狀態(tài)，擬臨界點附近物性的劇烈變化極易導致傳熱惡化。為了減弱再生冷卻通道中的熱分層
4、現(xiàn)象、消除局部傳熱惡化，本文以碳氫燃料超燃沖壓發(fā)動機再生冷卻過程為研究對象，通過數(shù)值模擬方法，將微肋應用于微細通道內(nèi)，考察其對超臨界碳氫燃料低阻強化傳熱的可行性，并對微肋擾動下通道內(nèi)碳氫燃料的裂解流動換熱進行了詳細探索。首先，建立了帶有微肋的超燃沖壓發(fā)動機冷卻通道的三維流/熱耦合RANS模型。對比分析了光滑通道與微肋通道的流動換熱性能。發(fā)現(xiàn)微肋能夠顯著地降低通道壁面溫度，提高冷卻通道的換熱能力，且微肋能有效緩解通道內(nèi)的熱分層現(xiàn)象、推遲和削弱傳熱惡化的作用。同時，由于超臨界物性的劇烈變化而使微肋前緣出現(xiàn)“類沖擊冷卻”現(xiàn)象，并且通道側(cè)壁的導熱作用顯著提高，這二者都有效促進了通
5、道內(nèi)部流體徑向摻混，提高了通道的整體對流換熱能力。然后，采用正癸烷PPD裂解模型對帶有單根微肋的微細通道內(nèi)的裂解傳熱過程進行考察。研究發(fā)現(xiàn)微肋對通道中心處與近壁面處裂解反應的影響不同。微肋復雜的二次流動與強剪切效應顯著提高了近壁面流體的對流換熱，壁溫下降，燃料裂解程度因此下降；微肋顯著增強了通道中心流體徑向的摻混，使流體停留時間增加，從而促進熱裂解反應。同時，活化能越低、指前因子越大，裂解反應越容易發(fā)生且速率更快，通道對流換熱能力越高；而熱流密度越大，通道熱分層效應越嚴重；通道壓力升高時流體速度降低，通道整體對流換熱能力降低。且越靠近臨界壓力，微肋前緣與后緣出現(xiàn)的局部換熱
6、強化與弱化變化越劇烈；微肋高度的增加帶來的湍流強度的增加顯著提高了通道內(nèi)徑向流體的摻混和裂解，通道內(nèi)燃料的對流換熱能力顯著提高。關(guān)鍵詞：超臨界碳氫燃料；微肋；強化傳熱；微細通道-I-哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文AbstractRegenerativecoolingprocessisveryimportantforthermalprotectivesystemofhydrocarbonfueledscramjetengine.Inordertoweakenthethermalstratificationandheattransferdeteriorationinsidethe
7、coolingchannel,numericalinvestigationsoftheflowandheattransfercharacteristicsofsupercriticalhydrocarbonfuelinrectangularminicoolingchannelswithmicro-ribsareapplied.Firstly,a3-dfluid-solid-thermalcouplemodelwithransturbulencemodelofamicro-ribbedcoolingchannelforscram
