冲压发动机中燃料空气换热器设计方法研究

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1、国内图书分类号：V231.1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冲压发动机中燃料/空气换热器设计方法研究硕士研究生：任峰志导师：于达仁教授申请学位：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：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V231.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDESIGNINGMETHODOFFUEL/AIRHEATEXCHANGERFORUSEINRAMJETCandidat

2、e：RenFengzhiSupervisor：Prof.YuDarenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要在冲压发动机冷却循环系统中加入燃料/空气换热器，可以解决

3、高速飞行发动机上冷气量不足的问题，把对发动机被动的热防护提升到了发动机热管理的新层面。应用在冲压发动机上的换热器要考虑到空间尺寸、结构重量和空气压降的限制，又要顾及冷却剂本身的特殊物理属性。本文以隔离段内取出的空气参数为基础，进行了热力计算。采用数值模拟的手段进行了结构选型方案对比，得到优选换热器结构方案。依据此方案设计换热器试验件，验证数值模拟的准确性，为换热器在冲压发动机上的应用提供支撑。间冷回热循环发动机是航空发动机一个新的研究热点，其中对间冷器的设计依旧是高效空气/燃料换热器设计问题。首先，本文提出了高速空气/燃料换热器的零维估算方法和三维数值计算方法，介绍了换

4、热器在数值计算中的简化思想，并验证了湍流模型的准确性。介绍了该换热器的设计思想与特殊性。其次，进行了典型结构方案的对比，主要包括空气横向和纵向冲刷换热器方案、换热管顺排和叉排不同的布局方案、每排换热管数目不同方案和不同管间距方案，在方案对比中保证其他核心参数相同。再次，以典型结构方案对比结果为基础，进一步提出几种换热器结构优化方案。在相同换面积下，采用10种不同燃油流量进行计算，得到了燃油流量的最经济范围；提出扁平管换热器比圆管换热器更适合在冲压发动机中应用；对比了横向间距和纵向间距对换热器具体的影响；提出通过外壁添加冷却通道的方式改善纵向冲刷换热器的性能；探讨了换热器

5、应用在更高速空气下的可能性。最后，总结换热器结构的设计因素，得到相应的设计指标。提出换热器的设计流程，并结合地面试验台发动机的冷却需求，搭建换热器试验台，并设计燃料/空气换热器试验件。关键词：换热器；冲压发动机；数值模拟；结构设计-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractAddingafuel/airheatexchangertotheramjetcoolingsystem,cansolvetheproblemofinsufficientcoolairsupplyonthehigh-speedengine,elevatingthepassivethermalpro

6、tectionforenginetoanewlevel,thatisenginethermalmanagementsystemdesign.Applyingfuel/airheatexchangerinramjet,notonlygiventhelimitationsofspacedimensions,structureweightandairpressuredrop,buttakesthespecialphysicalpropertiesofthecoolantintoconsideration.Thethermalcalculationisbasedontheair

7、parameters,whichistakenfromtheisolator.Thispapercontrastsanalysiscalculationscontraposetodifferentstructuresbythenumericalsimulation.Basedontheoptimalplan,thespecimenisdesignedtovalidatetheaccuracyofnumericalsimulation.Theintercooledrecuperatedaero-engineisanewresearchhot