主动冷却燃烧室热平衡特性研究

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1、万方数据国内图书分类号：国际图书分类号：V466．6，V475．9629西南交通大学研究生学位论文年姓专二零一四年五月密级：公开万方数据ClassifiedIndex：V466．6，V475．9U．D．C：629SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationRESEARCHESoNTHERMALEQUILIBRIUMCHARACTERISTICSOFREGENERATIⅦLYCOOLEDCOMBUSTORSGrade：20lOCandidate：LeiZhangAcademicDegreeAppliedf

2、or：DoctordegreeSpeciality：MechatronicsEngineeringSupervisor：Prof．ShideXiaoAcad．JialingLeMay,2014万方数据西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密∥使用

3、本授权书。(请在以上方框内打“寸’)学位论文作者签名：弘磊日期：加，9．多．，p指捌币虢名日期：加姒6，≥D万方数据西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：(1)给出了适用于管道内层流区、过渡区和湍流区碳氢燃料的对流传热关联式，在主动冷却面板和缩尺主动冷却燃烧室燃料对流传热计算中得到

4、了应用，效果良好。该关联式很好地解释了冷却通道沿程壁面温度先升高、后降低、然后又逐渐升高的物理现象，为工程试验提供了理论支撑。目前该项理论成果国内外未见有报导。(2)自主设计并研制了燃料加热及输送系统，供应的燃料流量大、温度高、压力范围广。采用移动式设计，具备燃料供应、加热、冷却回收和喷注等多种功能。该系统完成了宽范围的高温燃料燃烧特性实验，获得了丰富的实验数据，支撑了燃料燃烧特性研究。(3)针对典型的主动冷却燃烧室热平衡特性进行了研究，建立并验证了燃烧室热平衡特性评估方法，为主动冷却燃烧室设计及实验研究、燃料流量分配方案设计、燃料热沉需求研究等提供了依据。学

5、位论文作者签名：彩磊日期：为，丘矿；D万方数据西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要如何实现有效的长时间热防护是当前国际上超燃冲压发动机研制的关键技术瓶颈之一。采用吸热型碳氢燃料对发动机燃烧室进行主动冷却能兼顾发动机性能、结构重量与热防护的综合需求，为各航空航天大国广泛接受。主动冷却燃烧室设计面临的首要问题是如何实现热平衡时燃烧特性和传热特性的匹配，涉及气固液耦合传热、吸热型碳氢燃料流动传热、裂解反应、高温燃料超声速燃烧等复杂物理化学现象。论文围绕主动冷却燃烧室热平衡特性这一课题，采用先分解再综合、逐步推进的研究思路。首先开展碳氢燃料管道流动传热和高温燃料燃

6、烧特性研究，然后综合已有工作建立主动冷却燃烧室热平衡特性评估方法，并进行实验验证，最后利用建立的评估方法针对典型的主动冷却燃烧室开展热平衡特性研究。论文完成的主要工作和取得的成果如下：(1)完成了碳氢燃料电加热管实验，建立了适用于层流区、过渡区和湍流区碳氢燃料的对流传热关联式。设计并开展了碳氢燃料电加热管实验，结合理论分析、一维管道传热计算方法，得到了层流区、过渡区和湍流区碳氢燃料的对流传热关联式。利用正十烷和RP一3电加热管实验数据，验证了燃料对流传热关联式的适用性。此部分工作体现在论文第二章。(2)研制了燃料加热及输送系统，完成了高温燃料燃烧特性实验研究及

7、分析。设计并研制了燃料加热及输送系统，系统最高加热温度700K、最大流量5009／s、稳定供应时间>15s、最高供应压力7MPa。利用直连式燃烧设备和热沉式燃烧室模型，在来流Ma3．0条件下，开展高温RP。3燃烧特性实验，其中当量油气比O．3～1．0、燃料温度300～700K、喷前压力1．5～7．0MPa。结果表明：相同来流和当量油气比时，燃料温度从300K提高到650K，燃烧室壁压提高10％15％；贫油点火极限的当量油气比由O．5拓展至0．3，喷前压力由2．0MPa拓展至1．5MPa；在一定范围内，喷注压力对燃烧室壁压分布影响较小。因此，在主动冷却燃烧室热平

8、衡评估中，需要合理考虑燃烧室壁压提升引