冷却通道内碳氢燃料跨临界流场的可视化研究

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1、硕士学位论文冷却通道内碳氢燃料跨临界流场的可视化研究EXPERIMENTSTUDYONTRANSCRITICALFLOWVISUALIZATIONOFENDOTHERMICHYDROCARBONFUELINTHECOOLINGCHANNEL林向阳哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：V233.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文冷却通道内碳氢燃料跨临界流场的可视化研究硕士研究生：林向阳导师：周伟星教授申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期

2、：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V233.2U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEXPERIMENTSTUDYONTRANSCRITICALFLOWVISUALIZATIONOFENDOTHERMICHYDROCARBONFUELINTHECOOLINGCHANNELCandidate：XiangyangLinSupervisor：Prof.WeixingZhouAcademicDegreeApplie

3、dfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要超燃冲压发动机通过冷却通道内碳氢燃料的再生冷却来实现对发动机壁面的降温，因而对燃料在冷却通道内的流动换热研究十分重要。流场可视化是

4、流场的重要测量方法，通过流场可视化可以获得比宏观测量更直观的流场信息。本文通过相机直接拍摄流场的方法，获得亚临界和超临界下流场的阴影图像，并将燃料测点换热、热沉特征与可视化图像进行对比分析，来探究流动换热产生变化的机理。首先，本文建立了能够显示流场细节的燃油可视化实验台。采用微距镜头提高了图像的放大倍数，采用背景板获得了流场的阴影图像。通过对可视化段的光路分析，指出近壁区可能出现的亮度降低现象。通过图像处理方法，获取到更清晰的流场图像特征。其次，通过不同工况下的可视化实验获得了碳氢燃料在亚临界和超临界流场图像发展

5、过程。发现物性的间断在亚临界的体现是物质的沸腾过程和沸腾流型，低压下流型类似于传统流型，但高压下气泡细小稠密，气液破碎和混合增加，气液混合区出现明显的褶皱现象，与传统流型差别较大；在超临界下，无气泡产生，但流场出现明显的褶皱现象，流场中不同密度区域混合剧烈。通过图像处理的方法，更加清晰的体现这一特征。最后，结合流场图像特点对燃料的流动换热特征进行了分析。亚临界下的沸腾会导致热沉的突升，而超临界下临界点处热沉并未突升；同时超临界下燃料的裂解程度要强于亚临界下蒸汽的裂解，相同温度下热沉明显增加。换热系数在沸腾区出现了

6、剧烈强化，在临界区和裂解区也有一定程度的强化，这与流场图像中气液的剧烈碰撞破碎，超临界下高低密度区的混合是密不可分的。不稳定的机理相对较复杂，在沸腾区、临界区和裂解区需要一定的促发机制才会产生参数震荡。参数的震荡分为长周期(12s)等幅震荡和短周期(3s)不规则震荡两种，长周期的等幅震荡应该是不同密度流体的间歇流动所致。关键词：碳氢燃料；冷却通道；流场可视化；热沉；换热特征；不稳定-I-AbstractAbstractRegenerativecoolingusinghydrocarbonfuelinthecool

7、ingchannelsofscramjetisaneffectivewaytolowerwalltemperature,soit’simportanttostudytheflowandheattransferofthefuelinthecoolingchannels.Asaneffectivewayofflowfieldmeasurement,flowfieldvisualizationcanbeusedtogetintuitiveinformationofflowfieldsection.Inthepaper,

8、westudytheshadedimagesofflowfieldundersubcriticalandsupercriticalpressureswiththehigh-speedcamera.Heatsinkandheattransfercoefficientcanbecalculatedfromexperimentdatastocomparewiththeflowf