發(fā)布時(shí)間：2021-05-01 03:46

　　超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的理想動(dòng)力裝置,也是高超聲速飛行器研發(fā)中極具挑戰(zhàn)性的研究課題。隨著飛行馬赫數(shù)的提高,燃燒室的冷卻是目前亟待解決的關(guān)鍵問題。以碳?xì)淙剂蠟槔鋮s劑的再生冷卻技術(shù)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間可靠運(yùn)行最有效的方式之一,該技術(shù)主要通過燃料的對(duì)流傳熱和裂解吸熱對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻。冷卻過程中冷卻通道內(nèi)的壓力通常高于燃料的臨界壓力,燃料的物理和化學(xué)變化過程非常復(fù)雜。因此,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)超臨界壓力碳?xì)淙剂系牧鲃?dòng)傳熱與裂解反應(yīng)特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要意義。本文以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)再生冷卻過程為研究對(duì)象,建立了超臨界壓力下碳?xì)淙剂狭呀夥磻?yīng)和流動(dòng)傳熱現(xiàn)象模擬的高效數(shù)值方法,并對(duì)其可靠性進(jìn)行了充分的驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)超臨界壓力碳?xì)淙剂狭呀鈧鳠徇^程中的強(qiáng)化傳熱現(xiàn)象、浮升力效應(yīng)以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為展開了數(shù)值模擬研究。本文主要研究內(nèi)容歸納如下:（1）為了快速預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道內(nèi)碳?xì)淙剂显诳紤]熱裂解反應(yīng)時(shí)的流動(dòng)傳熱特性,基于一步總包裂解反應(yīng)機(jī)理,建立了一種模擬碳?xì)淙剂狭呀夥磻?yīng)和超臨界壓力傳熱現(xiàn)象的快速算法。首先,構(gòu)建三維物性查表算法計(jì)算裂解反應(yīng)混合物的熱物性。然后,對(duì)組分輸運(yùn)方程求解過程進(jìn)行優(yōu)化... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：180 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 超臨界壓力碳?xì)淙剂霞捌涮匦?
        1.2.1 超臨界壓力碳?xì)淙剂蠠嵛镄?
        1.2.2 超臨界壓力碳?xì)淙剂咸娲Ｐ?
        1.2.3 超臨界壓力碳?xì)淙剂蠠崃呀?
    1.3 超臨界壓力碳?xì)淙剂蟼鳠嵫芯楷F(xiàn)狀
        1.3.1 圓管內(nèi)超臨界壓力碳?xì)淙剂蟼鳠?
        1.3.2 矩形冷卻通道內(nèi)超臨界壓力碳?xì)淙剂蟼鳠?
        1.3.3 超臨界壓力碳?xì)淙剂蟼鳠嶂械牧鲃?dòng)振蕩現(xiàn)象
    1.4 本文的出發(fā)點(diǎn)與研究內(nèi)容
        1.4.1 本文的出發(fā)點(diǎn)
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
2 數(shù)值計(jì)算模型與驗(yàn)證
    2.1 引言
    2.2 數(shù)值計(jì)算模型
        2.2.1 守恒方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型
        2.2.4 物性計(jì)算方法
        2.2.5 邊界條件與初始條件
        2.2.6 數(shù)值離散方法
    2.3 模型驗(yàn)證
        2.3.1 物性驗(yàn)證
        2.3.2 超臨界壓力流體湍流傳熱驗(yàn)征
        2.3.3 超臨界壓力碳?xì)淙剂狭呀鈧鳠狎?yàn)證
        2.3.4 超臨界壓力流體水平管內(nèi)浮升力計(jì)算模型驗(yàn)證
        2.3.5 非定常流動(dòng)傳熱計(jì)算方法驗(yàn)證
    2.4 本章小結(jié)
3 超臨界壓力碳?xì)淙剂狭呀夥磻?yīng)與流動(dòng)傳熱模擬的快速算法
    3.1 引言
    3.2 熱物性查表法
        3.2.1 查表法實(shí)現(xiàn)過程
        3.2.2 查表法效率和精度
    3.3 組分輸運(yùn)方程的等效一組分算法
        3.3.1 組分輸運(yùn)特性分析
        3.3.2 等效一組分算法的提出及其理論基礎(chǔ)
    3.4 快速算法的計(jì)算效率與精度分析
        3.4.1 圓管內(nèi)裂解傳熱計(jì)算
        3.4.2 矩形冷卻通道內(nèi)裂解傳熱計(jì)算
        3.4.3 非定常裂解傳熱計(jì)算
    3.5 快速算法對(duì)其他反應(yīng)機(jī)理的適用性
    3.6 本章小結(jié)
4 超臨界壓力碳?xì)淙剂喜y圓管內(nèi)裂解傳熱數(shù)值模擬
    4.1 引言
    4.2 物理模型
    4.3 波紋管對(duì)流動(dòng)傳熱和裂解反應(yīng)的影響
        4.3.1 波紋管強(qiáng)化換熱特性及其機(jī)理
        4.3.2 波紋管對(duì)裂解反應(yīng)特性的影響
        4.3.3 波紋管壓降及換熱性能評(píng)估
    4.4 波紋管對(duì)熱沉利用的影響
        4.4.1 對(duì)物理熱沉的影響
        4.4.2 對(duì)化學(xué)熱沉的影響
        4.4.3 對(duì)總熱沉的影響
    4.5 波紋高度的影響
    4.6 本章小結(jié)
5 超臨界壓力碳?xì)淙剂纤骄匦卫鋮s通道內(nèi)裂解傳熱數(shù)值模擬
    5.1 引言
    5.2 計(jì)算模型與說明
    5.3 考慮浮升力時(shí)燃燒室不同位置冷卻通道的裂解傳熱特性
        5.3.1 燃燒室上側(cè)冷卻通道
        5.3.2 燃燒室下側(cè)冷卻通道
        5.3.3 燃燒室左側(cè)冷卻通道
        5.3.4 換熱性能評(píng)估
    5.4 壁面熱流密度的影響
    5.5 入口速度的影響
    5.6 本章小結(jié)
6 超臨界壓力碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)傳熱動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性
    6.1 引言
    6.2 物理模型與計(jì)算說明
    6.3 動(dòng)態(tài)響應(yīng)主導(dǎo)機(jī)制及影響因素分析
        6.3.1 熱流密度的影響
        6.3.2 入口速度的影響
        6.3.3 冷卻通道長度的影響
        6.3.4 出口壓力的影響
    6.4 考慮輕度裂解反應(yīng)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄A SRK狀態(tài)方程中的變量及其偏導(dǎo)數(shù)
附錄B 組分輸運(yùn)方程等效一組分算法的相關(guān)證明
攻讀博士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果
致謝
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]螺旋波紋管及其換熱器的發(fā)展綜述[J]. 吳志偉,錢才富,王薪.  化工機(jī)械. 2018(01)
[2]超臨界壓力下航空煤油熱聲振蕩的特性和預(yù)測(cè)[J]. 王彥紅,李素芬.  化工學(xué)報(bào). 2018(04)
[3]不同組分對(duì)航空煤油物性替代模型的影響[J]. 裴鑫巖,侯凌云.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(07)
[4]超臨界壓力下碳?xì)淙剂显谪Q直圓管內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究[J]. 嚴(yán)俊杰,劉耘州,閆帥,蘆澤龍,祝銀海,姜培學(xué).  工程熱物理學(xué)報(bào). 2016(11)
[5]低裂解度正癸烷物性快速計(jì)算方法[J]. 程澤源,朱劍琴.  推進(jìn)技術(shù). 2016(08)
[6]超臨界壓力航空煤油熱聲振蕩與傳熱惡化實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王彥紅,李素芬,東明,浦航.  推進(jìn)技術(shù). 2016(03)
[7]豎直圓管內(nèi)超臨界碳?xì)淙剂蠐Q熱惡化的直徑效應(yīng)[J]. 程澤源,朱劍琴,李海旺.  航空學(xué)報(bào). 2016(10)
[8]方形再生冷卻通道內(nèi)超臨界正癸烷湍流傳熱數(shù)值研究[J]. 王彥紅,李素芬,東明.  推進(jìn)技術(shù). 2015(11)
[9]航空煤油替代燃料模型熱物性[J]. 裴鑫巖,侯凌云,莫崇康,董寧.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2015(09)
[10]超臨界壓力RP-3在豎直細(xì)圓管內(nèi)混合對(duì)流研究[J]. 賈洲俠,徐國強(qiáng),聞潔,龍曉東,王越.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(01)

博士論文
[1]航空煤油RP-3超臨界壓力湍流傳熱和裂解吸熱現(xiàn)象的數(shù)值模擬研究[D]. 徐可可.浙江大學(xué) 2017
[2]管內(nèi)超臨界流動(dòng)傳熱特性及應(yīng)用研究[D]. 陳瑋瑋.南京航空航天大學(xué) 2016
[3]超臨界壓力航空煤油熱聲振蕩與傳熱惡化的機(jī)理及預(yù)測(cè)研究[D]. 王彥紅.大連理工大學(xué) 2016
[4]碳?xì)淙剂铣紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)再生/膜復(fù)合冷卻特性研究[D]. 章思龍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[5]超臨界壓力下航空煤油換熱特性的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究[D]. 黃丹.浙江大學(xué) 2016
[6]超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)碳?xì)淙剂显偕鋮s流動(dòng)傳熱研究與應(yīng)用[D]. 趙國柱.西北工業(yè)大學(xué) 2015
[7]超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)冷卻通道內(nèi)的超臨界流動(dòng)與傳熱過程數(shù)值模擬[D]. 劉志琦.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[8]超臨界碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)裂解耦合特性的數(shù)值研究[D]. 馮宇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[9]超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)再生冷卻通道內(nèi)煤油流動(dòng)與傳熱特性研究[D]. 王寧.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[10]超臨界壓力下正癸烷裂解吸熱和對(duì)流傳熱現(xiàn)象的數(shù)值模擬研究[D]. 阮波.浙江大學(xué) 2013

碩士論文
[1]高熱流下超臨界航空煤油流動(dòng)與換熱特性數(shù)值模擬研究[D]. 鄭鑫.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]小尺度矩形通道內(nèi)碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)及強(qiáng)化傳熱研究[D]. 謝凱利.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]超臨界壓力下低溫甲烷在肋片冷卻圓管中的強(qiáng)化傳熱的數(shù)值模擬研究[D]. 唐麗君.浙江大學(xué) 2014
[4]微細(xì)通道內(nèi)碳?xì)淙剂蟼鳠崤c裂解過程的實(shí)驗(yàn)研究與CFD模擬[D]. 張強(qiáng)強(qiáng).天津大學(xué) 2014
[5]吸熱型碳?xì)淙剂险锿楦邷亓呀鈾C(jī)理研究[D]. 賈貞健.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3170081