液氧/甲烷发动机推力室肋强化换热技术数值研究

张 萌，孙 冰

(北京航空航天大学 宇航学院，北京 100191)

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近年来，可重复使用运载器(RLV)技术逐渐在国内外引起了广泛的关注，这项技术能够显著降低发射成本进而提高航天产业的竞争力。RLV的一项关键技术是高性能液体火箭发动机的研制，由于甲烷易生产和储存且比冲高，因此，液氧/甲烷发动机逐渐在国内外得到了大量的研究。而膨胀循环系统以其结构简单、鲁棒性高等优点，在液体火箭发动机中得到了广泛的应用。在该系统中，冷却剂在再生冷却通道中吸热用来驱动涡轮工作。

提高冷却通道中冷却剂的吸热效率可以为涡轮提供更多的驱动力，是该技术进一步发展的关键之一，强化换热的一个直接方法是通过在推力室燃气侧壁面上设置纵向肋以增加推力室壁面换热面积。Kawashima等对壁面带有纵向肋的氢氧发动机缩尺推力室进行了点火试验，并基于实验数据开展了相关数值仿真工作，对其流场和传热的细节特征进行了研究。Betti等对一系列带有不同肋高的带肋液氧/甲烷发动机推力室进行了数值研究，结果表明，随着肋高的增加，由于表面积的增加传热效率会增加，但肋效率会随之降低。

人工粗糙度作为一种局部强化换热技术，指的是在再生冷却通道底面加工出具有一定分布规律的凸台，这不仅能够增大换热面积，而且可以通过扰流增大近壁流体的湍流度，从而强化对流传热。Hossain等研究了在冷却通道中设置人工粗糙度对壁面温度和对流传热系数的影响，但没有就其对整体流场结构的影响做进一步的分析。……