旋转通道内超临界压力正癸烷对流换热实验研究

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随着航空发动机涡轮进口燃气温度越来越高,对涡轮叶片的冷却问题也越来越严峻。目前,对涡轮叶片的冷却手段主要采用从压气机引出一部分空气,在叶片内部冷却通道进行换热,随着发动机运行参数的提高,需要更高的冷却能力。人们提出采用飞行器携带的碳氢燃料直接冷却叶片或先用碳氢燃料冷却从压气机引出的空气,再用空气冷却涡轮叶片。而飞行器在飞行过程中,往往受到惯性力作用,此时换热器中碳氢燃料对流换热规律需要进行深入研究,基于上述研究背景,本文对旋转通道内超临界压力正癸烷对流换热开展了实验研究,获得的主要结论如下:对于离心段:旋转条件下,由于哥氏力的作用,离心段前缘面温度高于后缘面,后缘面换热能力强于前缘面。随转速的增加,入口段长度减小,换热能力增强。旋转条件下,整体上随热流密度的增加,浮升力增强,强化换热;质量流量改变时,应该考虑雷诺数与浮升力的耦合作用,随质量流量增加,Bo*下降,换热能力下降。整体上,当1?10-7?B o*?7?10-7时,随Bo*的增加,发生传热恶化,恶化情况逐渐增加;当7?10-7?B o*?1?10-5时,传热恶化,但恶化情况逐渐恢复;当Bo*?1?10-5时,传热能力增强,并逐渐增加。拟合了超临界压力正癸烷在旋转通道内受浮升力和旋转数影响下的变物性对流换热计算准则关联式。随旋转数的增加,前后缘换热能力差异增加,临界旋转数为0.06,此时前缘面发生流动分离,换热增强。提出了关于旋转数引起的前后缘换热能力差异的关联式。对于向心段:旋转条件下,由于哥氏力的作用,前缘面换热能力强于后缘面。随转速的增加,入口段长度减小,换热能力增强。旋转条件下,整体上随热流密度的增加,浮升力增强,换热能力增强;质量流量改变时,应该考虑雷诺数、旋转数和浮升力的相互作用。整体上,当1?10-7?B o*?1?10-5时,传热恶化,但随Bo*的增加,恶化情况逐渐恢复;当Bo*?1?10-5时,传热能力增强,并逐渐增加。当Bo*?5?10-5时,离心段换热能力强于向心段。拟合了超临界压力正癸烷在旋转通道内(向心段)换热时,由于浮升力和旋转数影响的变物性对流换热经验关联式。随旋转数的增加,前后缘换热能力发生变化,随Bo*的增加,前后缘换热能力差异先增加后减小,最后后缘面换热能力强于前缘面,与离心段影响规律不同,此时临界旋转数约为0.06。拟合了关于旋转数引起的换热能力差异关联式。
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