【摘 要】
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高超声速飞行器具有较高的气动热载荷,利用自身携带燃料作为冷却剂的再生主动冷却技术是目前最具潜力的热防护方式,因此对超临界压力下燃料流动换热特性的研究十分必要。本文选用正癸烷作为研究工质,采用CFD数值计算方法,建立三维物理模型,选用强化壁面处理的RNG k-ε两方程湍流模型,对水平微圆管内未裂解状态下超临界正癸烷的流动换热特性进行研究,内容主要分为以下两部分。（1）水平0.95 mm圆管内超临界正
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（No.51976204,No.51876024）；
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高超声速飞行器具有较高的气动热载荷,利用自身携带燃料作为冷却剂的再生主动冷却技术是目前最具潜力的热防护方式,因此对超临界压力下燃料流动换热特性的研究十分必要。本文选用正癸烷作为研究工质,采用CFD数值计算方法,建立三维物理模型,选用强化壁面处理的RNG k-ε两方程湍流模型,对水平微圆管内未裂解状态下超临界正癸烷的流动换热特性进行研究,内容主要分为以下两部分。（1）水平0.95 mm圆管内超临界正癸烷流动换热特性分析。研究发现,由于热边界层的发展入口处发生传热恶化,跨越拟临界温度Tpc过程中伴随两种传热恶化现象,壁温到达Tpc时发生HTDⅠ（Heat Transfer Deterioration）,Tpc位置移动到缓冲层时传热恢复,底层比热、导热及整体湍动能的降低为传热恶化发生的主要原因;Tpc由缓冲层过渡到核心区时发生HTDⅡ,主流温度达到Tpc时传热恢复,主要原因为缓冲层附近物性突变与二次流的产生。增大热流密度会加剧传热恶化程度,增大质量流量削弱HTDⅠ,加剧HTDⅡ;增大入口温度会削弱入口处传热恶化,但对其余换热效果影响较小;增大压力提高流体拟临界温度,降低物性变化程度从而降低传热恶化程度;管径越小,传热效果越强。同时,总结多个工况提出了HTDⅠ传热恶化判据并拟合Nu关联式。（2）浮升力对水平管超临界正癸烷流动换热特性影响研究。研究主要针对内径为2 mm圆管,获得不同重力下管内温度场、压力场、壁温分布及二次流发展规律。结果表明浮升力对平均传热效果影响较小,但在物性突变区间内管内温度分布不均并产生强烈的二次流,壁温由上至下不断降低,温度梯度主要存在于上半壁面,流场内二次流最强所处位置在上下壁温差最大时,管上半部分两侧近壁处达到。增大重力,二次流强度增加;增大热流密度、减小质量流量均使二次流强度增强,上下壁温差加大;入口温度对相同主流温度下的壁温分布及二次流强度影响较小;管径越大浮升力影响越大,二次流强度更高,壁温分布不均现象越严重。此外,在不同工况下对比了常用水平管浮升力准则数,结果发现G q/Gth（29）1对壁温差变化趋势预测更准确。
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