高雷诺数低温风洞内传热特性数值研究

高鑫宇，聂旭涛，蔡清青，张伟

高雷诺数低温风洞内传热特性数值研究

高鑫宇，聂旭涛，蔡清青，张伟

（中国空气动力研究与发展中心，四川 绵阳 621000）

低温风洞的超音速及其高雷诺数工况下的换热特性是分析低温风洞组件温度场分布的关键因素。对超音速及高雷诺数工况换热特性进行数值模拟，通过采用恢复温度修正传热系数的方法，并且与Dittus-Boleter（D-B）公式和Gnielinski公式的计算结果进行对比分析。结果显示，采用恢复温度修正后的D-B公式和Gnielinski公式在超音速及其高雷诺数工况下仍然具有较高准确性。最后将喷管段实际模型工况数值模拟结果与理论预测值进行对比分析，进一步验证了在温度分布不均匀时采用D-B公式和Gnielinski公式求得的平均换热系数在工程计算中的可行性，以及使用恢复温度修正传热系数计算公式的有效性。

低温风洞；高雷诺数；超音速；换热特性；恢复温度

随着空气动力学的飞速发展，对作为试验设备的风洞有了更高的要求。目前常规风洞已经无法完成雷诺数高于50×106的试验要求，而低温风洞[1]通过降低气流温度的方法达到提高风洞雷诺数模拟的目的，已经成为目前实现高雷诺数模拟的最佳方案。由于液氮在低温工质中廉价和安全，汽化后可迅速吸收大量热量从而喷射液氮，成为目前低温风洞中实现风洞空气回路快速降温的主要途径。目前，世界上两座大型的跨声速低温风洞——美国国家跨声速风洞（NTF）和欧洲跨声速风洞（ETW）均采用液氮工质制冷实现低温运行[2-3]。……