PDF《高焓高压空气加热器壁面传热过程数值计算 س》

c o o l i n g c h a n n e l 为能在地面模拟超燃冲压发动机的来流条 件, 须建造相应的试验设备[

1 ] .空气加热器由于 可提供相应的来流条件, 因而成为超燃冲压发动 机地面试验的关键设备.目前, 国内外常见的加 热方式有蓄热加热、 电阻加热、 电弧加热、 激波加 热以及燃烧加热等[

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4 ] .其中, 燃烧型空气加热 器由于试验成本低, 试验周期短, 启动迅速以及结 构紧凑等优点而得到广泛的应用[

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6 ] . 高焓高压空气加热器主要应用于超燃冲压发 动机自由射流试验系统中, 其具有总温、 总压、 马 赫数高以及尺寸大等特点.随着超燃冲压发动机 技术的发展, 能够提供高的总温、 总压以及长时间 工作的空气加热器成为发展的需要, 但这种类型 的加热器存在壁面热流大, 难以防热等困难.本 文以一种基于液体火箭发动机结构的燃烧型空气 加热器为研究对象, 这种加热器喷注器均布气液 同轴式喷嘴, 燃烧室采用圆柱形结构, 具有燃烧效 率高、 燃烧稳定、 启动迅速以及工作时间长等优 点.但在具体试验中, 高焓高压空气加热器壁面 热流较大, 同时由于考虑成本, 在设计中加热器燃 烧室采用导热性差但成本较低的材料, 因此对于 这种长时间工作加热器的防热提出了更高的要 求, 本文以此为背景, 对一种加热器进行了壁面传 热计算和分析. 目前, 针对加热器这种气、 固、 液耦合传热计 算的方法, 国内外研究较多, 主要关注于再生冷却 结构的传热可靠性, 即加热器或发动机正常工作. 文献[ 7-

8 ] 研究了冷却通道结构以及真实气体 效应对发动机壁面换热的影响, 文献[ 9-

1 0 ] 研 究了冷却通道温度分层对传热计算结果的影响以 收稿日期:

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1 2 作者简介: 冯军红(

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8 7 ―) , 男, 山西临汾人, 博士研究生, E m a i l :

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沈赤兵( 通信作者) , 教授, 博士, 博士生导师, E m a i l : c b s h e n @n u d t . e d u . c n 国防科技大学学报第35卷 及冷却剂不同流动方式对壁面换热的影响.文献 [

1 1 ] 研究了气体辐射对加热器喷管段的壁面换 热影响.本文采用数值仿真技术研究了气体辐 射、 冷却通道结构以及冷却水流动方式对加热器 壁面换热的影响.

1 空气加热器冷却通道构型 本文研究的空气加热器采用液体火箭发动机 结构, 由喷注器、 燃烧室与喷管组成.喷注器安装 两圈气液同轴式喷嘴, 燃烧室是燃料燃烧、 燃气掺 混的腔体, 喷管用于加速气流, 提供必要的来流条 件, 针对燃烧室和喷管壁面高的热流条件, 仿制液 体火箭发动机的再生冷却结构, 采用铣槽结构, 冷 却剂采用液态水.冷却通道的结构可见图

1 , 包 括外壁、 冷却通道、 肋以及内衬等结构.冷却通道 采用等截面矩形结构.肋连接内衬和外壁以强化 换热.在计算中, 可假定燃气侧壁面传出的热量 全部被冷却剂带走, 因此外壁可设为绝热壁面, 冷 却液侧的壁面为耦合........