基于拓扑优化启发的再生冷却通道传热特性实验研究

来源：上海理工大学学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：裴力诚，吴伟龙，杨雷超，占涛涛，潘余，吴睿，王倩

单位：上海交通大学 中英国际低碳学院，上海 200120,国防科技大学 高超声速技术实验室，长沙 410073,国防科技大学 高超声速技术实验室，长沙 410073,国防科技大学 高超声速技术实验室，长沙 410073,国防科技大学 高超声速技术实验室，长沙 410073,上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240,上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240

摘要：再生冷却是超燃冲压发动机的重要冷却方式，其冷却通道的设计对传热性能至关重要。以降低壁面平均温度和进出口压力差为目标，在流体入口速度为0.6 m/s的条件下，对再生冷却通道进行拓扑优化设计。基于拓扑优化结果生成的特征形状，加工了S形冷却通道模型。采用电加热方式控制热流密度，以RP-3航空煤油为冷却工质，在4 MPa的超临界压力下，分别测试了直型和S形（拓扑型）通道模型在内壁面热流密度为143、207、420、715 kW/m2时的传热特性。实验结果表明，拓扑型通道设计可以有效降低通道模型的外壁温度，在上述4个热流密度下，其平均努塞尔数的提升分别达到了124%、87%、26%、11%。在较低的热流密度下，拓扑型通道对外壁温度的降低作用更为显著，其壁面温度的降低主要发生在通道的弯折处。

关键词：拓扑优化;再生冷却通道;超临界压力;传热特性;实验研究

基金资助：国家自然科学基金资助项目（12372275）