超临界态煤油可压缩流动特性研究

本项目采用实验与理论、数值分析结合的方式，系统研究超临界态煤油可压缩性和可压缩流动机理。从理论上探讨煤油等熵、非等熵可压缩流动过程中热物性参数变化、物态转变、流态变化以及波系规律，并建立一套考虑超临界态复杂热物性的碳氢燃料可压缩流动特性分析方法。同时，以燃料多级加热/流动系统、超声速燃烧直联试验台为平台，实验研究几种典型的煤油可压缩流动：收缩－扩张喷管流、加热管流（Rayleigh流）、以及超声速气流中的横向射流。研究工作将拓宽和加深对超临界态碳氢燃料可压缩流动特性的理解，填补相关基础研究的空白，为工程应用提供基础理论和数据支撑。

本项目采用实验与理论分析、数值计算相结合的方式较系统地研究超临界态煤油可压缩流动特性。本项目首先发展了煤油多组分替代模型与一维可压缩流动模型相结合的理论分析方法，研究了煤油等熵加速流动、超声速流动参数变化规律、热/摩擦壅塞现象以及横向射流的出口动量变化规律。同时，基于燃料流动与传热试验系统，实验研究了超临界态煤油喷管流动、加热圆管流动与传热特征，并且通过湍流模拟方法数值研究了煤油喷管、加热圆管以及超声速气流中横向射流的流场特性。基于实验、数值计算结果，对收缩－扩张喷管的等熵加速流动机理、加热圆管内流动与传热的相似性及传热恶化机理、横向射流波系结构及射流/主流相互作用进行了较深入的讨论。另外，本项目还对另一种典型的非等熵流动，即超临界态煤油的孔板流动进行了研究，讨论了孔板流动分离、压力损失以及可能出现的壅塞现象与煤油入口温度、流速之间的关系。本项目对于超临界态煤油可压缩流动的研究将有助于加深对超临界流体特性及相关机理的认识，并且为超临界流体在工程中的应用提供参考。