减阻航天煤油减阻机理与传热规律数值模拟

摘要

在火箭煤油中添加高聚物进行有效减阻已有大量实验研究,但对于煤油流动与传热过程中流场与温度场的分布及机理分析较少,采用CFD方法对火箭煤油减阻机理与传热规律进行三维数值模拟分析,并与普通煤油进行对比。等效黏度模型采用UDF进行编译,其黏性项分别采用非牛顿流体与牛顿流体模型进行处理。数值模拟研究表明,减阻剂的添加使得减阻煤油流动边界层内的过渡层呈现增厚的趋势,导致弹性底层速度梯度降低和湍流核心区的流速上升,实现了煤油流动的减阻增输,进而达到了减阻效果。减阻煤油的摩擦阻力系数小于普通煤油,黏弹性添加剂在减阻效应中起到了正向作用,是导致减阻煤油具有湍流减阻效应的主要因素。此外,普通煤油传热管内的温升高于减阻煤油,减阻煤油的温度边界层厚度大于普通煤油的温度边界层,增加了减阻煤油管内的传热热阻,进而降低了减阻煤油的传热速率。