高温小型羽流对喷管底板热载荷的估算
计算物理
2023-01-13 v1
摘要
本文进行了数值研究，以估算喷管底板（位于流动上游方向）上的热载荷，该热载荷源于在 1.1 bar 压力和 298K 温度的静止介质中，通过收敛-发散（CD）喷管膨胀的三股高温纯 (CO2)、(H2O) 以及 50-50 (%) 比例的 (CO2) 和 (H2O) 混合羽流。喷管底板因羽流形式的热气体发出的热辐射而升温。主要参与性气体如 (CO2)、(H2O) 的光谱辐射特性由 HITEMP-2010 数据库计算。本研究采用了一个为空气完美膨胀而设计的小型 CD 喷管，其喉部直径为 1.98 mm，面积比为 1.5942，该设计基于一维计算 [1]。对于此 CD 喷管，所有三股羽流均处于欠膨胀状态，因此在羽流喷出喷管时以超音速迅速膨胀，并形成一系列膨胀波和压缩波。喷管喷出的高温羽流由于扩散作用在底板周围的小范围内产生极高温度，并在底板上产生极高温度。除该区域外，这三股羽流（即 CO2 羽流、混合羽流和 H2O 羽流）在底板上的最大辐射通量分别为 4000 W/m2、2300 W/m2 和 1300 W/m2，由这些相应通量产生的最高温度分别为 323 K、312 K 和 308 K。
引用
@article{arxiv.2301.04855,
title = {Estimation of thermal load on the nozzle base plate from small plumes at high temperature},
author = {Kamal Khemani and Pradeep Kumar and Ganesh Natarajan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.04855},
year = {2023}
}