拉瓦尔喷管流固耦合换热效率研究

来源：计算力学学报杂志2025年第2期北京时间：

作者：杨凯,唐丹娜,毕聪,王则皓,汤海斌

单位：南京理工大学, 机械工程学院, 南京 210094,南京理工大学 智能制造学院, 南京 210094,中国航空发动机研究院, 北京 101304,中国航空发动机研究院, 北京 101304,南京理工大学 智能制造学院, 南京 210094

摘要：开展热端部件冷却换热设计是提升航天发动机耐温性能的关键。面向发动机拉瓦尔喷管结构,本文基于计算流体力学,开展不同截面形貌(圆形、扇形、矩形)及不同螺旋排布(无螺旋、前置螺旋、全螺旋)的冷却流道组合设计研究,探索冷却换热设计新方式。数值仿真表明,相较于无冷却流道的尾喷管出口端面温度,含冷却流道的尾喷管出口端面温度存在明显下降;相比于圆形和扇形截面,矩形截面冷却流道的尾喷管冷却效率最高,出口端面平均温度下降达4.64%;螺旋型冷却流道的换热效率相比于常规流道有进一步提升,矩形截面螺旋设计的冷却流道方案出口端面的平均温度下降可达5.17%。研究结果可为航天发动机尾喷管冷却结构设计提供参考。

关键词：拉瓦尔喷管,冷却结构,螺旋型流道,

基金资助：国家自然科学基金(52305382);机械结构力学及控制国家重点实验室基金(MCMS-E-0423Y01)资助项目.