3D打印矩形粗糙通道内火箭煤油流动换热特性试验方法研究

刘朝晖; 彭乐钦; 李沛奇; 杨宝娥; 王玫

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (1) : 47 -55+67.

刘朝晖, 彭乐钦, 李沛奇, 杨宝娥, 王玫

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摘要

为探究3D打印再生冷却通道在液体火箭发动机推力室中的替代应用特性，研制了具有不同内表面粗糙度的正弦波纹结构3D打印304不锈钢矩形通道。内截面名义尺寸为2.0 mm×2.0 mm,设计粗糙度分别为6.3、25.0、100.0μm,实际粗糙度Ra分别为11.88、12.70、17.53μm,通过将高温电阻率法和像素法相结合获得了3D打印通道的实际内径和壁厚，修正了火箭煤油流动换热的内壁温和热流密度，建立了3D打印粗糙通道内火箭煤油流动换热特性试验研究方法。试验参数如下：压力处于15～20 MPa范围、质量流速在12 450～24 900 kg·m^-2·s^-1之间、热流密度为5～15 MW·m^-2、流体温度为-150℃。研究结果表明：火箭煤油流动换热特性受到热流密度、流体温度和质量流速的影响；流体温度处于50～135℃范围内，换热系数增加约25%～33%;热流密度处于5.0～15.0 MW·m^-2范围内，换热系数增加了8.3%;质量流速为12 450～24 900 kg·m^-2·s^-1范围内，换热系数增加了60.2%。粗糙度增加对火箭煤油流动换热起到强化作用，粗糙度从11.88μm增加到17.53μm时，换热强化幅度超过20%以上。该研究可为3D打印通道在火箭发动机推力室中的替代应用提供参考。