超临界条件下乳化煤油比定压热容测量实验研究

高超声速飞行器及其发动机的热管理问题目前已成为飞行器及发动机研发过程中的一个关键性课题。飞行器的气动热载荷随飞行马赫数的提高急剧增大,发动机局部温度可达4950K,远远超过现有可用材料的承受极限,因此飞行器的冷却问题显得愈发重要。在目前提出的冷却方案中,再生主动冷却热防护是有效方法之一。实现再生主动冷却的基础需要揭示燃料的流动及换热的内在规律,定压比热作为重要的热物性参数是不可或缺的,其数据是计算其他物性参数的必要条件,同时对于提高煤油吸热性能和冷却设计具有一定的参考意义。为了准确测量高温高压下乳化煤油的比定压热容,本文基于能量守恒的量热计理论,搭建了一套流动型比定压热容在线测量系统。系统温度测量范围为301K~980K,测量压力可达10MPa,相对标准不确定度为2.42%~4.2%。选取纯物质去离子水、正己烷、二氧化碳和质量比1:1的正辛烷-正庚烷混合流体进行比定压热容测量,实验结果与文献值进行比较,验证了试验系统的可靠性与准确度。在此基础上,对含水质量分数为10%、20%、30%、50%的四种乳化煤油比定压热容进行测量,温度为301K~880K,压力为3MPa、4MPa、5MPa。实验结果与航空煤油RP-3、碳氢燃料EHF-01、纯水的比定压热容进行对比,并绘制出了各自在不同工况下的比热容变化曲线,同时分析了不同含水量乳化煤油定压比热随温度和压力的变化特性及含水量、压力、温度等对乳化煤油比定压热容的影响。该系统的搭建为进一步研究乳化碳氢燃料比定压热容创造了条件。