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本文针对超燃冲压发动机再生冷却系统的运行条件,实验研究了大庆RP-3煤油过压液态、超临界态和热裂解态的流动和传热特性,目的在于研究RP-3煤油在各种工况下的流动参数变化以及对流传热规律。煤油通过二级加热/输运系统加热,实验的压力范围约2.6-5.0MPa,油温范围约300-1100K,相应的壁面热流密度范围为10-300kW/m2。通过调节压力大小和采用不同喉道直径的音速喷管流量计,来调节和标定煤油的质量流量,实验中出口处煤油流量范围为4-100g/s。传热实验段由长20米,外径16mm内径12mm的不锈钢管构成。沿管流方向安装了16个测点同步测量外壁温和油温。煤油的热物性参数和输运参数的确定采用了10组份的煤油替代模型,并调用NISTSupertrapp子程序计算。基于质量和能量的守恒原理,对实验数据进行了非定常传热分析,获得了在超临界压力下从过压液态、超临界态到热裂解态温度范围内煤油流动和传热特性的变化规律,总结并讨论了超临界态RP-3煤油在水平圆管内的对流换热规律和热裂解态的化学热沉规律。
实验发现超临界态煤油的对流换热高于过压液态煤油,即出现了传热强化现象。实验也发现了对流换热在临界点附近存在传热的相对恶化。基于大量的传热实验数掘,分别总结出了在过压液态和超临界态的对流换热关联式。同时,煤油热裂解的实验结果显示,RP-3煤油热裂解的化学热沉随温度并非单调变化,而是先增加达到一极大值,而后随温度的增加反而减小。