U型旋转通道内碳氢燃料的换热特性研究

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1、硕士学位论文U型旋转通道内碳氢燃料的换热特性研究INVESTIGATIONOFHEATTRANSFERCHARACTERISTICSOFHYDROCARBONFUELINU-SHAPEDROTATINGCHANNEL吴传伟哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V235.21学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工学硕士学位论文U型旋转通道内碳氢燃料的换热特性研究硕士研究生：吴传伟导师：周伟星教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V235.21U.D.C:

2、629DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringINVESTIGATIONOFHEATTRANSFERCHARACTERISTICSOFHYDROCARBONFUELINU-SHAPEDROTATINGCHANNELCandidate：WuChuanweiSupervisor：Prof.ZhouWeixingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineer

3、ingDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要再生冷却是以碳氢燃料为工质对高速飞行器进行冷却的有效热防护方式，可以应用到高压涡轮的冷却方面。本文基于此背景，对旋转状态下U型通道内的碳氢燃料流动和换热特性进行基础分析，初步探究超临界条件下碳氢燃料在旋转管内流动特点和换热规律，研究工况和管道结构参数对碳氢燃料旋转管道内流动换热的影响。本文首先建立了超临界碳氢燃料在旋转冷却通道内流动换热的数值模型，采用k-ωSST湍流模型进行计算研究。首先研究了定工况下，转速对

4、碳氢燃料在U型通道内的流动和换热的影响规律。在旋转条件下，科氏力对流动产生影响，生成通道涡流，同时，旋转能提高旋转管道的整体换热效果，最后对比碳氢燃料相与空气换热能力，发现碳氢燃料优势明显。然后，通过控制变量的方法研究了流量、热流密度和压力等工况参数对旋转冷却通道内碳氢燃料换热的影响规律。结果表明，流量越大，换热效果越好，但小流量工况在高转速下换热综合性能更好；热流密度变大，换热能力变差，但流动阻力变小，换热综合性能变好；压力越小，旋转条件下换热性能越好。最后，本文建立了不同截面形状和不同弦长的旋转U型通道模型，并研究这些结构参数对流动和换热的影响。结果表明，截面形状会影响旋转通道

5、内涡流的数量，低转速时圆管的换热效果最好，高转速时AR2:1方案的综合换热性能更好。对弦长的研究，发现弦长在5D范围内换热效果良好，超过5D后不表现强化换热。本文研究了旋转U型通道的一般换热规律，为后续的深入研究和旋转冷却通道设计提供了技术和数据支持，具有很好的科研和应用价值。关键词：碳氢燃料，旋转，对流换热，强化换热-I-AbstractAbstractTheregenerativecoolingisaneffectivethermalprotectionmethodforcoolingahigh-speedaircraftbyusingahydrocarbonfuelasawo

6、rkingmedium,andcanbeappliedtothecoolingofahigh-pressureturbine.Basedonthisbackground,thispaperanalyzestheflowandheattransfercharacteristicsofhydrocarbonfuelsinaU-shapedchannelunderrotatingconditions,andexploresthecharacteristicsandheattransfercharacteristicsofhydrocarbonfuelsinrotatingtubesund

7、ersupercriticalconditions,andstudiestheworkingconditionsandpipelines.InfluenceofStructuralParametersonFlowandHeatTransferinRotatingPipelinesofHydrocarbonFuels.Thispaperfirstestablishesanumericalmodelfortheflowandheattransferofsupercriti