超临界压力下纳米流体竖直管内流动换热

张巍，黄丹，吴晓雨，宋亚超，陈松泽，李蔚，朱海涛

（1 核动力运行研究所，湖北 武汉 430223；2 浙江大学能源工程学系先进航空发动机协同创新中心，浙江 杭州 310027；3 浙江大学能源工程学系，浙江 杭州 310027；4 青岛科技大学材料工程学系，山东 青岛 266402）

引 言

世界各国航空工业呈高速发展态势,推动着航空发动机的快速更新换代,不断改善航空发动机的性能。在超高声速飞行器的燃烧室中，由于燃烧放热，高温现象十分突出。因此设备的热管理对飞行器的正常安全运行至关重要。目前超高声速飞行器所面临的一大难题就是发动机等壁面的冷却问题。为了提高冷却效率，再生式冷却系统，即利用燃料在管道中的对流换热及吸热化学反应来冷却管壁，被很多研究者认为是一种既有效又可行的冷却方法[1-5]。

航空煤油是由烷烃、环烷烃、芳香烃组成的多组分有机物，可作为发动机的燃料和冷却剂。在航空发动机中，由于煤油的工作压力超过了其临界压力，当煤油吸热升温后，将不再出现液、气两相区，而是从过压液态直接进入超临界态，继续升温后进入热裂解状态。因此，煤油的热物理特性将发生剧烈变化，从而导致其流动、传热特性也发生很大变化。过去很多基于常规流体如水、氮气等作为研究对象获得的传热经验公式，如Dittus-Boelter 公式[6]，已不再适用。因此，针对超临界态航空煤油的传热研究很有必要。

另一方面，从1995年 Choi 等[7]提出纳米流体的概念开始，纳米流体一直是强化传热的理想工质。……