超临界态煤油流动和传热特性的实验与数值研究

本项目拟研究超临界态煤油在类似于真实燃烧室冷却系统的三维热流分布条件下水平矩形管道流动和传热特性。研究包括：管流压力损失、摩擦系数、对流传热系数、努赛尔数的变化规律；传热出现强化或者恶化、流动出现失稳的条件和相应规律。利用长时间辐射加热试验台获得较大的热流密度范围（50－600kW/m2），以及稳定的、类似于真实燃烧室冷却通道的三维热流分布。采用煤油预热装置和流动控制系统，获得较大的煤油温度、压力以及进口雷诺数的变化范围。同时，作为辅助研究，数值模拟典型条件下（如传热出现强化时）超临界态煤油流动和传热过程。本研究将为理解超临界态煤油的流动和传热机理，为以煤油为冷却剂的主动冷却系统的研究提供参考。

本项目改造了辐射加热试验台及相关测量系统，使之可用于研究燃料的三维流动与传热特性以及热流非对称加载效应。通过对矩形通道内煤油温度、壁温、进出口压力以及流量的测量，较系统地研究了不同入口参数（温度、压力、流量）及加载的热流密度条件下煤油的湍流流动与传热规律，并且与轴对称加热圆管试验结果进行比较，探讨了产生两者差异的机理。同时，发展了三维流/固传热耦合计算方法并开展了相关研究。数值计算弥补了三维传热结构温度、压力点测量数据的不足，并且可以进行高热流密度条件下流动与传热研究。数值研究发现超临界煤油传热存在先恶化而后强化的过程；煤油传热的恶化、强化与近壁区湍流特性有着密切的关系。