0   引 言      

    对于液体火箭发动机来说工作情况较为恶劣其拥有较高的热流密度，通常来讲热流密度可以近似看成与性能成正相关。通常来说室压越大，对应比冲越大。对于发动机性能更好。但是过大的室压会增大发动机的热流密度这对于发动机热防护工程是一个难题。因此现代通常采用主动降热的再生冷却加上膜冷却进行复合冷却应用。本文章不对膜冷却进行研究。本文采用基于巴兹曲率修正公式进行对流换热系数计算，通过RPA和NASA CEA进行初步的燃气热力学参数计算。对于冷却剂物性计算密度使用Redlich-Kwong方程进行计算。定压比热容使用Lee-Kesler方程进行计算。粘度使用Lucas方法进行计算。导热率使用TRAPP方法进行计算。其铜合金导热率则是通过国际数据库进行线性拟合。通过计算结果并且对比NIST数据库误差小于5%为了计算迭代方便对于上面得到的计算结果均采用拟合，主要方式为多项式，线性和指数拟合。其R**2均大于0.98具有足够精度。本文以采用主动冷却的再生冷却用一个推力为3000N，燃料为液氧乙醇，余氧系数0.8，工作压力2MPa，冷却到通道入口压力3MPa的发动机展开研究。

1   基 础 数 据

1.1   冷 却 剂 物 性 相 关 数 据

以上该图表是无水乙醇在2.6MPa的压力下其物理性质随温度的变化

其中我们不难看出密度和温度是呈负相关，动力粘度与温度呈负相关，定压比热和温度呈正相关，导热率和粘度呈负相关。

1.2    计 算 推 力 室 几 何 尺 寸

我们把推力室分割为54段分别进行求解计算迭代

2   模 型 计 算 构 建

2.1传 热 模 型 计 算 构 建

计算过程当中忽略热点影响以及其他燃烧带来的影响。假设推力室内为均匀燃气。

对于肋条效应所带来的影响采用的公式

忽略表面粗糙度对于对流换热之间的影响

采用米海耶夫经验公式进行计算

3   计 算 结 果 及 其 分 析

计算采用铼铱工业所基于Python语言开发的自动化计算程序

所有参数随着计算迭代段数曲线

冷却剂温度随着推力室位置变化

3.1 不 考 虑 冷 却 剂 物 性 变 化 对 于 其 计 算 结 果 的 影 响

以上计算结果是考虑物性变化影响的计算结果

当不考虑物性变化时其对流换热降低了70.19%冷却剂出口温度高了11.3%由此可见在计算当中对于冷却剂不同温度下的物性变化对于发动机计算准确度影响较大。

其壁面温度有较大的差异

Twg/Twf由于铜合金的较高导热率并无明显变化

由于不考虑密度变化影响在同一个发动机不改变任何结构的情况下总体比热容的减小会导致流速减小以及对流换热的减小。最终导致的结果就是壁面温度明显上升。

3.2   数据变化规律

通过以上图表我们不难看出对流换热系数以及对流热流密度以及总热量和温升出现相关性通过基础计算公式，我们也可以发现他们都是有相关性的

其冷却剂温度变化则是随着推力室位置变化成正相关

其冷却剂流速和冷却对流换热系数呈现相关性

4   总 结

当不考虑物性变化时其对流换热降低了70.19%冷却剂出口温度高了11.3%由此可见在计算当中对于冷却剂不同温度下的物性变化对于发动机计算准确度影响较大。其壁面温度有较大的差异。流换热系数以及对流热流密度以及总热量和温升出现相关性。其冷却剂温度变化则是随着推力室位置变化成正相关。其冷却剂流速和冷却对流换热系数呈现相关性。那么我们通常在设计液体火箭发动机时，在选取燃料上应当尽量选取导热率略高且比热容略大的燃料。这样更有助于冷却。

通过对以上热分析得到

1，其冷却剂出口温度低于该压力下冷却剂的沸点

2，壁面温度低于材料最大容许温度。材料在该温度下其力学性能足够。