摘要：为探究3D打印再生冷却通道在液体火箭发动机推力室中的替代应用特性,研制了具有不同内表面粗糙度的正弦波纹结构3D打印304不锈钢矩形通道。内截面名义尺寸为2.0 mm×2.0 mm,设计粗糙度分别为6.3、25.0、100.0μm,实际粗糙度Ra分别为11.88、12.70、17.53μm,通过将高温电阻率法和像素法相结合获得了3D打印通道的实际内径和壁厚,修正了火箭煤油流动换热的内壁温和热流密度,建立了3D打印粗糙通道内火箭煤油流动换热特性试验研究方法。试验参数如下:压力处于15~20 MPa范围、质量流速在12450~24900 kg·m^(-2)·s^(-1)之间、热流密度为5~15 MW·m^(-2)、流体温度为-150℃。研究结果表明:火箭煤油流动换热特性受到热流密度、流体温度和质量流速的影响;流体温度处于50~135℃范围内,换热系数增加约25%~33%;热流密度处于5.0~15.0 MW·m^(-2)范围内,换热系数增加了8.3%;质量流速为12450~24900 kg·m^(-2)·s^(-1)范围内,换热系数增加了60.2%。粗糙度增加对火箭煤油流动换热起到强化作用,粗糙度从11.88μm增加到17.53μm时,换热强化幅度超过20%以上。该研究可为3D打印通道在火箭发动机推力室中的替代应用提供参考。

摘要：为了研究氦氙混合比例对不同堆内通道的流动换热特性影响,本文通过对堆芯冷却剂通道进行几何、物理建模,利用STAR-CCM+对氦氙混合气体作冷却剂时的流动换热过程进行数值模拟,计算不同比例下的氦氙混合气体与燃料棒间流动换热的对流换热系数。结果表明:氦氙混合气体的物性会影响对流换热系数的变化趋势,在氦氙混合气体摩尔质量为15~20 g/mol时换热性能最好;在相同的流通面积下,冷却剂通道当量直径越大,对流换热系数越小。相关研究结果可为空间堆的设计提供有益参考。

摘要：为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋间距之间的关系,由此得出带肋矩形通道的传热关联式。结果表明:肋片的存在破坏了较厚的换热边界层,增强了换热性能。雷诺数增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数小幅上升;宽高比增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数大幅上升;肋间距增大,平均努塞尔数增加,阻力系数先增后减,综合换热因子先减后增。所得传热关联式可为先进燃机蒸汽冷却叶片的设计提供参考。

摘要：碳氢燃料的化学热沉的释放特性不仅与燃料自身的化学性质有关,还受燃料温度和驻留时间等流动换热因素的影响,是高超声速热防护技术中的重要研究课题。考虑流动换热对裂解反应的影响及裂解反应所引起的组分变化对流动换热过程的影响,本文提出了一个一维非稳态的模型来研究碳氢燃料的裂解反应与流动换热过程的耦合特性.并对不同的温度、工作压力和质量流率等典型工况进行了模拟,初步揭示了碳氢燃料的裂解反应和流动换热过程耦合的基本规律。计算结果与公开文献中实验数据的一致性表明了该计算模型可辅助于实验来研究碳氢燃料的裂解反应过程,并指导高超声速飞行器冷却系统的设计。

摘要：以去离子水作为工质,设计并搭建了以泡沫铜为研究对象的单相和两相换热实验系统。对于单相流动换热,当Re数较小时,孔隙率80%、孔密度90PPI的泡沫铜样品换热性能最好;当Re数较大时,孔隙率80%、孔密度45PPI的泡沫铜样品换热性能最好。泡沫铜最大换热系数为空通道的6倍,但同时需付出更大的泵功损耗为代价。对于两相流沸腾换热,低孔隙率样品70%~80%能有效地降低壁面过热度和强化沸腾换热性能。孔隙率对沸腾换热性能起决定性作用,孔隙率越低,沸腾换热系数越大;孔密度对沸腾换热性能起次要作用。90PPI泡沫铜样品,因其成核址密度高和毛细力较大,有助于提升泡沫铜的沸腾换热性能。

摘要：采用三维双流模型对某SUV的空-空中冷器进行了内部流动换热研究,分析不同行驶工况下中冷器冷流与热流内部的速度场、温度场和压力场,有效预测了内部流场涡流的存在和局部高低温度区与压力区的分布。通过对比一维、三维、一维/三维仿真温度结果和试验验证表明:在3种仿真分析方法中,一维/三维联合仿真精度最高,三维与一维/三维温度分布结果较为接近,且三维仿真结果与试验相对误差在5%以内,验证了中冷器双流模型仿真的可行性,为发动机进气效率提高与中冷器内部换热研究提供参考。

摘要：以某液氧煤油火箭发动机冷却系统设计计算为基础,基于计算流体力学(CFD),并采用三维流固耦合算法对以水作为第三流体的冷却循环系统进行了计算和分析。比较了冷却剂入口温度、流量和冷却通道内压力损失等因素对冷却通道内流动换热的影响。结果表明:冷却剂流量增加0.01kg/s,推力室壁面整体温度和喉部温度降低分别降低9K和15K左右,冷却剂出口干度降低0.011左右;当冷却剂流量较低时,入口温度变化对换热效果几乎无影响,而当冷却剂流量较高时,入口温度每增加10K,冷却剂出口干度增加0.009左右;冷却剂流量每增加0.01kg/s会导致冷却通道压力损失增加54kPa左右;入口温度每增加10K,冷却通道压力损失将减少24kPa左右。由此,本文得出冷却剂流量的最佳范围12~14.4kg/s,入口温度的范围为300~350K。

摘要：针对载人航天器轨道舱内的流动换热问题,在合理构建研究对象的基础上,采用仿真分析手段研究了舱内复杂的流动换热过程。在给定相应的边界条件下,对轨道舱内电子设备、风扇、冷凝加热器及航天员活动空间速度场和温度场进行了数值仿真,分析了设计参数对舱内对流换热和航天员活动舒适性的影响。研究发现,舱内气流的流向一致性更有利于舱内对流换热;与层流相比采用湍流方程模拟舱内流动更为合理;轨道舱漏热量随舱内电子设备的发热量在超过80W/m2后线性递增,随着舱内外温差的影响呈现出幂函数特性。通过合理调节和优化舱内外设计参数,启动主动热控系统的调节机制,可以获得适宜航天员生存的舱内环境。

摘要：依据国际热核聚变实验堆(ITER)的中国单冷准静态液态锂铅实验包层模块(Single-coolant Lithium Lead,SLL),研究液态金属工质锂铅在磁场作用下,不同的第一壁热流密度对缓慢流动的液态锂铅流动和传热特性的影响,为热工水力设计提供参考。研究表明,液态金属处于准静态缓慢流动时,第一壁热流密度的增加使得流道整体的温度有所提高,特别是靠近第一壁的L1流道的温度增加幅度最大;L1流道温度和速度变化剧烈,产生变化较大的感应磁场和感应电流密度,对应的洛伦兹力影响了流动换热。

摘要：针对大功率气冷空间反应堆堆芯流动换热特性掌握不足等问题,基于空间环境应用的严格要求,对大功率气冷空间反应堆进行了堆芯流动换热特性分析与优化研究,对流量分配板、控制棒通道旁通、绕丝结构等因素进行了数值模拟研究。结果表明:流量分配板、绕丝结构均会增加堆芯局部流动阻力,但会改变局部流场特征,改善流动不均匀等问题,具体应用仍需结合堆芯总流动阻力等因素进行综合考虑;控制棒通道旁通则会影响堆芯主流区流动换热,但会对控制棒结构等的温度控制有积极影响,不同因素会产生不同影响,为获得最佳性能,需结合设计目标优先级等多种角度进行综合考虑。