膨胀循环发动机推力室传热优化

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1、第38卷第6期火箭推进Vo1．38，No．62012年12月JOURNALOFROCKETPROPULSIONDec．2012膨胀循环发动机推力室传热优化宣智超，刘中祥，齐戎(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：针对膨胀循环发动机推力室身部燃气侧的内壁增强换热结构和冷却剂侧的冷却通道结构这两个影响推力室身部换热最关键的结构分别进行多种结构下的数值模拟对比。通过分析各结构的模拟结果，得到了能够合理提高推力室身部换热能力的内壁加肋结构和圆柱段冷却通道深宽比的结构特征。关键词：膨胀循环发动机；推力室；换热增强结构；传热优化中图分类号：V434~．34文献标识码：A文章编号：16

2、72—9374(2012)06—0008—08HeattransferoptimizationofthrustchamberinexpansioncycleengineXUANZhi—chao，LIUZhong·xiang，QIRong(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abstract：Tofurtherenhancetheheattransfercapacitywhilemaintainingthepressuredropofthecoolingchannelsandgaswalltemperatu

3、reincontrolisoneofthekeytechnologiesinthedesignofadvancedexpandercycleengine．Numericalsimulationofinnerwallheattransferenhancementstruc—tureatthehot—gassideofthrustchamberandthecoolingchannelstructureatthecoolantsidewasmadeinthispaper．Thetwostructuresarethemostimportantoneswhichaffectonthethr

4、ustchamberheattransfer．Byanalyzingthenumericalsimulationresultsofeachstructure，theinerstructurewithribswhichcanenhancetheheattransfercapacityofthethrustchamberreasonablyandthestructurecharacteristicswhichcanimprovedepth·to·-widthratioofcoolingchannelatthecylindricalsectionwereobtained．Keyword

5、s：expansioncycleengine；thrustchamber；enhancementstructureofheat仃ansf-er：heattransferoptimization收稿日期：2012—06—11；修回日期：2012—08—14基金项目：国家863项目(2009AA7020512)作者简介：宣智超(1986一)，男，硕士，研究领域为液体火箭发动机推力室设计14火箭推进2012年12月好平衡。7号模型轴向肋结构特点是肋截面为梯这样的结果对以往趋向于使用大深宽比冷却通道形，肋高度略大于肋宽，肋间距约为一个肋宽。的设计经验提出不同的思路。以前趋向于大深宽比结构

6、的结论，来自于以降低内壁温度为目的的3圆柱段冷却通道深宽比优化设计经验，不同于膨胀循环同时要求冷却剂流量，这样得出不同的优化方向也是有可能的，具为得到膨胀循环发动机推力室身部较大的冷体原因下面给出详细分析。却剂温升，圆柱段的设计一般较长，由于圆柱段表2不同深宽比模型具体通道结构Tab．2Coolingchannelmodelswithdifferent的冷却通道结构较容易控制，所以针对圆柱段冷depth——to——widthratio却通道结构进行优化对于整体换热和流阻控制可以起到事半功倍的效果。闭式膨胀循环发动机推力室身部冷却夹套中的冷却剂为全流量氢，所以在设计冷却通道结构的时

7、候，应该在相同冷却剂流量的前提下来设计。而对于燃气发生器循环或补燃循环，冷却剂的流量是根据推力室身部冷却的需求来提供的。通过阅读文献发现，之前对冷却通道结构的研究基本上都是在给定通道宽度和高度参数之一，通过改变另一个参数来对比不同深宽比冷却通道之间的区别。这样对比势必会存在以下问题：1)若按照冷却剂总流量相同来对比，由于表3不同深宽比结果对比冷却剂侧的换热能力是由冷却剂流速与冷却通道Tab．3Contrastofstructureswithdifferentdepth-to-wi