题目：超临界压力碳氢燃料在细管内的流动与换热特性研究

        航空发动机性能的提升主要是依靠提高发动机涡轮前温度并在此基础上提高压气机增压比来实现的，但技术提升在带来巨大收益的同时，也导致了热端部件冷却热负荷的增加和压气机出口冷却空气冷却品质的降低，对高性能航空发动机的冷却带来了传统冷却方式无法解决的严峻挑战。本文基于此探索性地提出了燃油冷却CCA（Cooled Cooling Air）技术，即通过加装在航空发动机上的换热器，利用飞行器自带燃料对引入高温涡轮部件的冷却空气进行冷却，从而提高冷却空气的冷却品质。因此，本文主要针对CCA冷却技术中核心部件—空油换热器中的应用基础科学问题开展了系统实验研究工作。

        针对空油换热器基本换热单元特性，开展了超临界压力航空煤油RP-3在水平细圆管中（din=1.90mm）的对流换热与流动阻力特性实验研究。着重分析了燃油温度、系统压力、热流密度以及质量流速等因素对其流动与换热特性的作用规律，提出了适用于水平细圆管中超临界压力碳氢燃料在加热状态下对流换热与摩擦阻力系数计算经验关系式。研究结果表明，由管内壁附近流体与主流之间温差而导致的物性差异是导致传热和流动特性变化的主要影响因素，无量纲参数Grq/Grth可以较好地反映变化规律。

        基于简单单管模型管内流阻特性研究结果，结合空油换热器结构特点，开展了超临界压力碳氢燃料在并联管组间的流量分配特性实验研究。研究结果表明，当支管燃油出口温度达到拟临界温度点时，由燃油物性的剧烈变化（尤其是密度的降低）而导致的支管内流动阻力压降的变化，会造成并联管内流量分配发生偏移，且偏移量随温度的升高而增大，随系统压力的提高而降低。

        针对空油换热器应用条件和超临界压力碳氢燃料结焦反应，通过结焦分布和结焦表面形态、化学成分分析等方法，对不同实验时间（1h和5h）、三种不同表面处理方式下内径din=1.90mm实验管内热氧化结焦机理进行了实验研究，并分析了不同时刻管内结焦反应对传热与流动阻力特性的影响规律。研究结果表明，电解钝化和预氧化可以抑制不锈钢表面金属材料催化作用从而明显降低结焦量。结焦的附着可以在短期（τ<30min）内增加管内壁的粗糙度而强化换热，增大流动阻力，但随着实验时间的延长，结焦不断积累，会导致阻力压降和结焦热阻同时增大。最后，本文探索性地拟合得到了三种不同表面处理实验管内传热特性随结焦反应时间变化的经验关系式。