PDF《高焓高压空气加热器壁面传热过程数值计算 س》

第35卷 第 1期 国防科技大学学报Vol.

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0 1 3年 2月 J O U R N A LO FN A T I O N A LU N I V E R S I T YO FD E F E N S ET E C H N O L O G Y F e b .

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1 3 高焓高压空气加热器壁面传热过程数值计算 冯军红, 沈赤兵, 赵芳(国防科技大学 高超声速冲压发动机技术重点实验室, 湖南 长沙

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7 3 ) 摘要: 以一种高焓高压空气加热器为研究对象, 对其冷却通道的流动和传热进行了三维数值仿真, 冷 却剂采用液态水, 燃烧室和喷管分别采用不同的壁面材料, 考虑壁面材料物性随温度的变化, 并通过加热器 热试验证了数值仿真结果的正确性.在此基础上, 对比分析了气体辐射、 冷却通道结构以及冷却水的流动方 式对壁面换热的影响.结果表明: 气体辐射对加热器燃烧室段壁面换热影响较大, 对喷管壁面换热无明显的 影响.在传热计算中, 忽略气体辐射会引起较大的误差;

冷却通道数和宽度存在最优组合, 使得壁面换热量 最大.冷却水的流动方式对燃气侧壁面温度影响较小, 但对冷却液侧壁面温度的影响较大. 关键词: 空气加热器;

数值仿真;

传热;

辐射;

冷却通道 中图分类号:V

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5 文献标志码:A 文章编号:

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0 6 N u me r i c a l s i mu l a t i o no f h e a t t r a n s f e rp r o c e s s i nt h ew a l l o f ah i g he n t h a l p ya n dp r e s s u r ea i rh e a t e r F E N GJ u n h o n g , S H E NC h i b i n g , Z H A OF a n g ( S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo nS c r a m j e t L a b o r a t o r y ,N a t i o n a l U n i v e r s i t y o f D e f e n s e T e c h n o l o g y ,C h a n g s h a

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7 3 ,C h i n a ) A b s t r a c t : T h r e e d i m e n s i o n a l t u r b u l e n t f l u i df l o wa n dh e a t t r a n s f e ri nt h ec o o l i n gc h a n n e l so f h i g he n t h a l p ya n dp r e s s u r ea i rh e a t e rw e r e n u m e r i c a l l yi n v e s t i g a t e d .T h e l i q u i dw a t e r w a se m p l o y e da st h ec o o l a n t ,a n dt h em a t e r i a l so f c o m b u s t o r a n dn o z z l ew a l l w e r es t e e l a n dc o p p e r r e s p e c t i v e l y ,w h o s et h e r m o p h y s i c a l p r o p e r t i e sv a r yw i t ht e m p e r a t u r e .T h eh o t f i r et e s t so f t h ef a c i l i t yw e r ep e r f o r m e dt ov a l i d a t et h es i m u l a t i o n r e s u l t s .T h ei n f l u e n c e s o f g a s e o u s r a d i a t i o n ,t h e c h a n n e l c o n f i g u r a t i o na n dc o o l i n g r o u t i n g o nt h ew a l l h e a t t r a n s f e r w e r ed i s c u s s e da n da n a l y z e d . T h er e s u l t s h o w s t h a t t h e h e a t t r a n s f e r o f c o m b u s t o r w a l l i s a f f e c t e do b v i o u s l y b y t h e g a s e o u s r a d i a t i o nw h i c hh a s l i t t l e e f f e c t o nt h e n o z z l e w a l l . T h e r e s u l t w i l l l e a dt o s i g n i f i c a n t e r r o r i f t h eg a s r a d i a t i o ni s n e g l e c t e d .T h eh e a t t r a n s f e r r a t e o f w a l l i s l a r g e s t i f t h e n u m b e r a n dt h e w i d t ho f c h a n n e l w a s o p t i m i z e d .T h ef l o wm o d eo f c o o l a n t h a sag r e a t e f f e c t o nt h ec o o l a n t s i d ew a l l t e m p e r a t u r eb u t al i t t l ei m p a c t o nt h eh o t g a ss i d ew a l l t e m p e r a t u r e . K e yw o r d s :a i r h e a t e r ;

n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;

h e a t t r a n s f e r ;

r a d i a t i o n ;