超临界压力下航空煤油圆管流动和传热的数值研究

对超临界压力下大庆RP-3航空煤油在小管道内的流动、传热过程进行了数值研究. 湍流模拟采用了 RNG k-ε两方程模型和Wolfstein一方程模型结合的两层模型;同时, 采用煤油的10组分替代模型以及NIST Supertrapp程序库对大庆3号航空煤油的热物理和输运特性进行了确定. 圆管传热的计算条件为:入口压力4 MPa, 入口温度300 K, 质量流量范围:0.06~0.12 kg/s, 壁面热流密度范围:300~700 kW/m~2. 计算结果显示, 煤油的流动和传热特性比水、二氧化碳等简单化合物复杂得多. 在超临界压力下, 煤油的吸热升温导致其热物理特性以及流动特性均发生剧烈变化, 其中, 雷诺数沿管道方向上升了至少一个量级, 而普朗特数下降了一个量级. 在加热开始段, 煤油的对流传热系数迅速上升;当壁面温度超过其拟临界温度后, 对流传热系数略有所回落;随着煤油温度的进一步上升, 传热系数又得到明显增强. 计算表明, 煤油对流换热特性的变化与煤油复杂的高温热物理特性以及湍流流动在近壁区的增强和抑止有关

国家自然科学基金(10742003)