超临界压力RP-3壁面结焦对流阻的影响

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1、2016年6月第42卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2016V01．42No．6http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0403超临界压力RP．3壁面结焦对流阻的影响王越，郭隽+，邓宏武，黄浩然，贾洲侠(北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100083)摘要：实验研究了长时间加热条件下航空煤油RP．3在微细不锈钢管内流动过程中结焦对流动及换热的影

2、响规律。实验中系统压力保持为5MPa，燃油质量流量为3g／s。在燃油溶解氧达到饱和的条件下，实验段进出口油温分别为130。C和450℃。实验从开始到终止持续36h。实验结果表明，随着时间的增长，管内的结焦量不断增加。由于壁面结焦现象对管内流动和换热产生严重的影响，管内各段换热在实验前期迅速恶化逐渐趋于稳定，管内流阻随着实验时间的增加持续增长。管内流动阻力随着时间的增长呈现出“快速增长一平稳增长一急速增长”的过程。另外，基于实验结果，提出了一种影响系数作为判断结焦对换热器单管影响的工程模型。关键词：超临界压力；RP．3；结焦；流阻；换热中图分类号：V312文献标识码

3、：A文章编号：1001—5965(2016)06．1250—06考虑到未来先进军用航空发动机更高的增压比和更高的涡轮前温度的工作要求，近年来提出了一种新型冷却方法，即冷却冷却空气(CooledCoolingAir，CCA)技术。CCA技术利用飞行器自身冷源对引自于压气机的冷却空气进行预冷。在CCA技术背景下，利用飞行器自身携带的碳氢燃料高热沉的特点将燃油作为冷源可有效提高冷却空气品质¨。。。吸热后的燃油温度将会上升，这对雾化和燃烧有利。然而，在超临界压力和特定的温度条件下，碳氢燃料会产生结焦的现象H引。结焦一方面在管路内壁沉积，改变管内壁的粗糙度，直接影响管路进出

4、口压差；另一方面，结焦的沉积会引起换热恶化，导致局部壁面温度远高于主流温度，迫使近壁面流体物性变化剧烈，增大流阻"。8j。因此进行超临界压力下航空煤油RP．3壁面结焦对流动的影响研究是十分必要的。目前，国内外许多学者已经对超临界流体在管内流阻的特性做了许多研究工作，并取得了不少成果∽。1“，但是这些研究工质大多是水、二氧化碳等单一介质作为研究对象，针对航空碳氢燃料这样的多组分且存在复杂化学反应的介质研究较多，但是针对结焦对管内流阻影响研究比较少。本文结合国内外已有的研究结果，在北京航空航天大学超临界碳氢燃料实验台上进行相关研究，实验中保证进口／出口油温为130。C

5、／450℃，系统压力为5MPa，燃油质量流量为3g／s，通过不同时长的实验分析航空煤油RP．3在细圆管内结焦对流动的影响规律，并提出针对CCA系统中空油换热器结焦影响的工程应用模型。1实验1．1实验装置图1是北京航空航天大学超临界压力碳氢燃收稿15t期：2015-06．18；录用日期：2015—10—10；网络出版时间：2015—10-2218：03网络出版地址：WWW．cnki，net／kcms／detail／11．2625．V．20151022．1803．001．html基金项目：国家自然科学基金(50676005){通讯作者：Tel．：010—8233833

6、5E-mail：guojun@buaa．edu．cnBl甩格式：王越，郭隽．邓宏武，等．超临界压力RP-3壁面结焦对流阻昀影响【J3．北京航空航天大学学报．2016．42(6)：1250．1255．WANGY，GUO3。DENGHW。et81．EffectsofRP-3’Swallcokedeposition011flowresistanceundersupercriticalpressuree】]．JournalofBeijingUniversityoiAeronauticsandAstronautics．2016，42(6)：1250—1255(inChine

7、se)．第6身越，等：超临界J加热电极实验段图1超临界压力碳氢燃料多功能流动与换热实验系统图Fig．1Schematicofsupercritiealpressurefuelflowandheattransferexperimentalsystem料多功能流动与换热实验系统简化图，整个系统包括预处理系统、测量系统及冷却回收系统等部分。在本系统中，实验段部分竖直安装，实验管路外表面采用Aspen绝热材料包裹，可保证较好绝热。实验采用的电加热系统加热功率最大为20kW。经标定，热损失相对偏差低于3％。贮存在油箱里的燃油经高压柱塞计量泵后压力可达16MPa。燃油流量通过

8、科氏力质量