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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
为解决未来航空航天领域高温部件的冷却难题，一个有效的方法是将飞行器自身携带的碳氢燃料在喷入燃料室燃烧前首先作为冷源用于高超声速飞行器和火箭发动机高温部件的冷却（即ARC技术）以及航空发动机中从压气机中引出的用于冷却涡轮的冷却空气（即CCA技术）的冷却，这种采用燃油冷却的热管理系统将以最小的重量及技术风险得到广泛应用。但在冷却的同时，燃料会被加热到超临界状态，进而引发一系列的流动与换热题目。针对碳氢燃料在未来航空航天领域的应用背景及需求，建立了超临界压力碳氢燃料流动与换热试验台，根据热力学、流体力学中的基础理论知识，提出了高温高压下碳氢燃料物性测量方法，并以国产航空煤油RP-3为对象，测量了其在压力为2~5 MPa，温度为295~830 K的比热、密度及粘性，填补了高温高压下碳氢燃料基础数据的空白。并且通过密度数据还额外得到了RP-3在不同压力下的定压热膨胀系数随温度的变化关系，结果表明其峰值随压力的提高而降低，其峰值温度随压力的升高而升高。基于实测的碳氢燃料物性数据，本文对超临界压力下RP-3在细圆管内传热特性和流阻特性进行了实验研究，详细分析了系统压力、热流密度、进口温度、质量流量、流动方向及浮升力等因素对流动与换热的影响规律。在本文实验数据的基础上，建立了新的超临界压力碳氢燃料传热及摩擦阻力系数经验关联式。研究结果表明，RP-3在管内的传热特性可分为四个区域，分别是：1）加热起始段效应区；2）正常换热区；3）换热强化区；4）换热恶化区。通过Re、Pr、Bo*和Kv数的变化可以对这些区域的传热机理进行解释。但是在不同流动方式下，传统的这些无量纲数无法解释碳氢燃料在向上流与向下流时Nu数的差异。对此，本文通过对动量方程及其边界条件进行无量纲化处理，得到了新的可以反映不同流动方式下浮升力作用的无量纲参数——Bc数，并将其引入到换热经验关系式中。通过绝热条件下RP-3在微细管内流阻特性研究表明：在超临界压力及相同流量工况下，当以无量纲对比温度Tb/TPc为横坐标时，不同压力下的管内摩擦压降在Tb/TPc0.95时，同一温度下的摩擦压降随着压力的升高而减小。通过对不同压力和流量条件下的管内摩擦阻力系数的处理发现：1）摩阻系数f在Tb/TPc=1时重合在一起，对于RP-3，该点的值为f=0.0158；2）由于流体物性在拟临界区的大幅变化，经典的尼古拉兹曲线在近拟临界及超拟临界温度下不再适用。 |
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发表于 2022-4-22 20:25:11
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