可重复利用的吸气式航天运输系统在高马赫数飞行时,主流空气经过进气道后,滞止温度升高,这不仅限制了压气机压比的进一步提高,同时会降低燃烧室的加热比,因此需要在进气道和压气机之间安装空气预冷器,降低主流空气温度。但是,主流湿空气在经过空气预冷器时,由于预冷器表面温度低于水的三相点温度,主流空气所含水蒸气会发生相变结霜,预冷器表面霜层生长迅速,主流压力损失升高,热交换量降低。与此同时结霜导致风扇入口产生很大的变形,导致风扇效率以及喘振余量降低,因此需要克服结霜问题所引起的严重危害。为了研究预冷器抑霜的可行方法,本文采用了可视化实验装置探究微细管束换热器在多种工况下流动换热特性、结霜特性以及抑霜特性。为实现乙醇对管束换热器抑霜影响,设计了轻质高效的凝缩性物质结霜控制系统,整个系统由混流喷射单元、空气压缩单元、乙醇流量监测单元以及混流喷射单元流道五部分组成,能够实现不同质量份额乙醇的喷射调节。主要研究内容与结果如下:无换热工况下压降与风速平方成正比关系。大温差换热工况下,压降依然与风速平方大致成正比关系,换热系数与风速0.6次方大致成正比例关系,温差对压降和换热系数影响不大。凝露工况下由于液膜的存在形成流阻与热阻,压降损失增大30%~40%,换热系数减小50%以上。随着风速增大,流体将液膜吹离换热器表面,因此在达到一定风速后,液膜对换热器的换热系数影响反而减小。超低温工况下,管内通入液氮,换热器管壁迅速结霜,有效换热时间只有几十秒。相对湿度越大,水蒸气相变释放潜热越多,换热量越大,同时结霜量也越大,霜厚增加压降损失增加。超低温工况大风速条件下高速气流对液膜、霜晶都有破碎作用,可以显著增加换热器有效换热时间。在主流空气中喷射精细雾化的乙醇会抑制结霜,大幅改善因结霜导致换热器性能下降的问题,水蒸气与乙醇质量比例为1:0.3时,抑霜效果非常明显,结霜完全得到抑制,换热系数不再减小趋于稳定,压降不再增大趋于稳定。不同风速不同质量比例的换热系数拟合公式、压降拟合公式类型不同,换热系数拟合公式主要有Nelder和指数函数两种,压降拟合公式主要为指数函数。