一、发汗冷却湍流换热过程的数值模拟（论文文献综述）
赵升[1]（2021）在《多孔介质材料多物理场耦合数值模拟分析》文中指出多孔介质材料密度低、比表面积大、结构复杂的特点,比表面积大使得在多孔介质材料内部可以进行快速有效的热交换,这一性能被越来越多的学者看重,将其用于高速飞行器表面的热防护,利用多孔介质材料进行发汗冷却,是目前冷却效率最高的热防护方式,但其内部复杂的结构也为研究本身带来了不小的难度,因此对于多孔介质材料进行冷却性能以及强度性能的分析是十分有必要的。本文使用钛合金作为多孔介质材料,其具有换热效果好、强度高等优点。利用有限元分析软件Ansys模拟了1600K主流温度下在多孔介质材料内部分别通入空气、氮气、水三种冷却介质的冷却情况,模拟结果显示随着冷却剂流量的增大,温度分布云图中蓝色区域逐渐增多,当冷却剂流量增大到适宜值时,会在多孔介质上方形成一层薄膜,在薄膜内部温度剧烈变化,将多孔介质区域和高温区域隔开,三种冷却介质均在很小的流量下即可对多孔介质材料的上表面进行有效的冷却,最后模拟了空气和水同时作为冷却介质时的换热情况,发现随着水的质量比逐渐增大,换热效果越好,越靠近水作为冷却介质时的冷却效果。水作为冷却介质时,随着流量的增大,水的相变位置会逐渐上移,相同质量流量的情况下,水的冷却效果远远大于前两者,达到稳态时,水蒸气会均匀分布在多孔介质上部,有效保护了多孔介质区域。同时也发现在利用水作为冷却介质时,多孔介质材料与高温主流接触的前缘会发生热力集中的现象,这是因为在接触前缘冷却介质的速度方向为竖直方向,而高温主流的方向为水平方向,无法对高温主流形成有效阻挡。针对这个问题本文模拟了不同倾角情况下的冷却情况,发现当倾角为30°时,多孔介质材料与高温主流接触前缘的冷却效率由34%升高到66%,其相变界面更加平缓,有效解决了前缘热力集中的问题。之后也模拟了不同孔隙率、孔径下多孔介质材料的冷却效果。基于上述模拟结果,本文将冷却效率高于80%的冷却方案的温度分布规律及压力分布规律作为边界条件施加在建立的多孔介质模型上,计算其应力,模拟结果发现应力主要受温度分布的影响,受压力分布影响很小。
左婧滢[2]（2021）在《超燃冲压发动机碳氢燃料气膜的冷却和减阻特性研究》文中认为燃料作为冷却剂的再生冷却被认为是碳氢燃料超燃冲压发动机最佳的冷却方式。然而随着发动机飞行马赫数的提高和发动机可重复使用需求的提出,再生冷却面临着燃料热沉不足的困境。使用再生冷却通道出口高温气态大分子碳氢燃料组织超声速气膜,进而辅助再生冷却的碳氢燃料再生/气膜复合冷却方式,能够同时利用燃料的吸热和隔热两方面冷却能力,并且有望降低燃烧室壁面摩擦阻力,成为解决再生冷却困境的最佳方式之一。但是,碳氢燃料超声速气膜与高温含氧主流掺混过程中会发生非平衡氧化裂解反应,为超声速气膜流动换热过程及其冷却特性和摩阻分布特性带来了新的特点和挑战,并且最终会对发动机性能产生影响。本文围绕以上问题开展如下研究:为了揭示非平衡氧化裂解反应对碳氢燃料超声速气膜冷却流动换热机理的影响,首先建立带有非平衡氧化裂解反应的碳氢燃料超声速气膜冷却流动换热数值模型。模型同时考虑了适用于超燃冲压发动机燃烧室工况的吸热型热裂解反应和吸/放热共存的氧化裂解反应。在模型的基础上,初步分析了碳氢燃料超声速气膜与高温含氧主流不断掺混的过程中氧化裂解反应的发生发展特性,发现在边界层内氧化裂解反应逐步发生,并且形成燃烧火焰。需要特别指出的是,燃烧火焰的形成远离壁面,被限制在边界层外缘区域。边界层内碳氢燃料气膜的燃烧释热,可能会增加燃烧室壁面热载荷,为热防护带来新的难度。基于氧化裂解反应发生发展特性,进一步对带有氧化裂解反应的碳氢燃料超声速气膜冷却特性展开分析,发现氧化裂解反应为气膜冷却特性带来双重影响,而不是仅带来不利影响。反应首先降低壁面温度为冷却特性带来有利影响,而后提升壁面温度带来不利影响。由于大分子碳氢燃料本身高密度和分子链较长等特性,导致碳氢燃料超声速气膜具有低速低动量喷射、反应吸/放热并存以及反应具有非平衡特性等特点。因此,边界层内反应能量的改变呈现空间非线性分布,在壁面附近主要发生吸热反应,在边界层外缘附近主要发生放热反应,从而导致反应对冷却特性的双重影响。其中,主流马赫数的增加显着提升氧化裂解反应为冷却特性带来有利影响的比例。氧化裂解反应不仅对超声速气膜冷却特性产生影响,也为超声速气膜摩阻分布特性带来影响。研究表明,氧化裂解反应对碳氢燃料超声速气膜的阻力特性具有分区影响。将流场根据化学反应特征划分为吸热区和放热区。吸热区内碳氢燃料低粘度属性和壁面速度梯度的增加对阻力特性的影响相互抵消。在放热区内由于大分子碳氢燃料自身的低粘度属性,和放热反应在边界层内营造低密度环境降低雷诺应力进而降低壁面速度梯度,两方面共同作用导致放热区内减阻特性显着。综合冷却特性和减阻特性发现,氧化裂解反应为防热和减阻的耦合匹配带来了非常有利的条件。由于吸热区靠近气膜进口位置,不带有化学反应的碳氢燃料超声速气膜防热和减阻耦合匹配性能良好,提升放热区内防热和减阻的耦合匹配性能意义更为显着。在放热区内,存在一个较大数值的气膜冷却当量比使得防热和减阻耦合匹配性能最好。最后,基于带有氧化裂解反应超声速气膜冷却特性和减阻特性,从总体角度评估碳氢燃料再生/气膜复合冷却对发动机热边界和推力性能的影响。在用作气膜冷却的燃料质量流量为再生冷却燃料质量流量20%的前提下,相较于单一再生冷却,再生/气膜复合冷却能够显着拓宽发动机热边界。燃烧室长径比显着影响再生/气膜复合冷却对发动机热边界的拓展能力,燃烧室长径比越小,复合冷却对发动机热边界的拓宽范围越大。长径比为7.5时,复合冷却能够将发动机热边界拓宽1.35,气膜的氧化裂解反应进一步将热边界拓宽0.07。在额外携带20%燃料质量流量并且碳氢燃料气膜燃烧效率为0.5的前提下,碳氢燃料再生/气膜复合冷却能够在拓宽发动机热边界的同时,通过降低燃烧室壁面摩擦阻力和燃料气膜燃烧的共同作用,提升发动机的比冲和比推力。
尚博文[3]（2021）在《基于相变换热与发汗冷却技术的高超热防护快速预估方法》文中提出高超声速飞行器是未来国防战略的重点,强烈的壁面效应造成了飞行器表面的巨大热流,耐温材料已经跟不上其发展速度,因此需要高效可靠的热防护冷却系统。发汗冷却是一种冷却效率高的主动冷却技术,冷却剂发生相变可以利用相变潜热进一步提升冷却效果,使用更少的工质,但多孔介质相变流动与换热规律仍不明确。进行相变发汗冷却规律的研究对高超声速飞行器热防护系统具有重要意义,本文将基于相变和发汗冷却技术对热防护系统进行快速预估。针对高超声速飞行器热防护系统多孔介质相变换热这一关键技术问题,本文基于水蒸气RPI相变模型与多孔介质非平衡换热模型,开发了固体/流体耦合传热快速预估模型,能够有效应用于采用多孔介质的先进热防护系统的快速设计和性能评估,通过与模型实验以及CFD高级相变模型计算结果对比吻合很好。进一步研究了考虑相变的多孔介质非平衡换热过程以及高超声速飞行强壁面效应和高焓流粘性耗散的物理机制,预估计算结果表明,在一定的飞行条件下,随着冷却剂流量增加,冷却能力提高且效率平缓趋于最高值,且由于存在相变过程,相变区域比例越大,压力损失也随之增大,导致冷却剂流量与流动阻力呈现出复杂的,以饱和水和饱和蒸汽两个状态点为极值点的两阶段反向变化的近似二次曲线规律。简化的降阶模型和多孔头锥的计算结果基本一致,但空气侵入改变了蒸发区域。相变位置和工质气化程度是造成复杂流动与换热和发汗冷却效率不均匀性的主要原因,质量流量、孔隙率和外部热流量一起对其产生复合影响作用。本文模型能够依据飞行工况进行比较精准的流量动态调控,预估整个发汗冷却热防护系统的设计参数。针对高超钝头体冷却结构设计,本文模型通过控制冷却剂汽化过程及其与外部流场的相互干扰作用,快速获得冷却剂流量、两相区边界、孔隙率以及防护层厚度等参数的关系,能够满足先进冷却结构方案设计的计算精度。
付祥卿[4]（2021）在《发汗冷却数值模拟方法及在涡轮叶片中的应用》文中研究说明现代先进燃气轮机对功率和效率要求的进一步提升,使得燃气轮机部件热环境更加恶劣,因此亟待高性能的冷却技术出现。外部冷却（对流冷却、气膜冷却、发汗冷却）作为燃气轮机高温部件的重要冷却方式,因其良好的冷却性能被广泛应用在涡轮叶片表面。发汗冷却作为未来先进燃气轮机采用的更为有效的主动热防护冷却方式,结合气膜冷却方式的优点和多孔介质材料特性,均匀分散冷却流体出流,利用多孔介质较大的比表面积和内部体积提供充分的换热空间,有利于实现大面积且可重复使用的热防护,并且可以将承热部分的冷却结构和承力结构分开,承受一定力量冲击。本文以发汗冷却为主要研究对象,利用实验数据验证局部热非平衡模型的准确性,在局部热非平衡模型下,对多孔介质受限层流冲击射流流动换热性质进行研究、采用Realizable k-ε湍流模型对简化的平板发汗冷却的冷却效率进行研究,并在k-ω-SST湍流模型下对气冷涡轮叶片表面应用发汗冷却的冷却效率进行研究。首先针对受限平板冲击射流冲击多孔介质平板,探究了局部热非平衡模型模拟多孔介质中流动传热的准确性,分析了改变入口Re数、Da数、多孔介质材料孔隙率以及多孔介质平板厚度对流动换热的影响。模拟结果表明:局部热非平衡模型在对平板冲击射流模拟中,在冲击滞止区域对传热模拟准确度比局部热平衡模型好一些。铺入多孔介质可以有效改善通道内流动结构,增大入口Re数、Da数更大更有利于滞止区域流动换热,孔隙率对通道内流动换热影响不明显。然后在平板气膜冷却的气膜孔表面覆盖多孔介质,利用局部热非平衡模型探究平板发汗冷却流动传热情况。模拟结果表明:在靠近气膜孔下游,局部热非平衡模型对平板发汗冷却的冷却效率和摩擦系数的模拟结果比局部热平衡模型效果更明显。并用局部热非平衡模型探究了平板气膜冷却和在气孔表面平铺多孔介质的发汗冷却的冷却效率差异,改变吹风比、孔隙率、Da数对发汗冷却流动换热的影响。发汗冷却相对于气膜冷却,有抑制抬升、平均冷却气流的作用,有效的提高了冷却效率,且随着孔隙率的减小、Da数的减小对发汗冷却效率略有提升。最后基于平板发汗冷却的研究结果,利用局部热非平衡模型对GE-E3涡轮叶片表面平铺多孔介质的发汗冷却换热情况进行模拟,并与气膜冷却换热情况进行对比。模拟结果表明:使用发汗冷却的涡轮叶片比气冷涡轮叶片更有效的抑制了冷却剂的抬升,冷却剂在气孔两侧及下游延展,增大了冷却气膜面积,强化了冷却效果。改变吹风比,发汗冷却随着吹风比增大而增大,气膜冷却随着吹风比增大先增大后减小。相同吹风比下,发汗冷却的冷却效率和冷却面积要比气膜冷却大。孔隙率减小对涡轮叶片发汗冷却效果有改善。
苏浩[5]（2020）在《发散冷却系统冷却能力和流动换热特性的数值研究》文中研究表明随着高超声速飞行器技术的不断发展,其前缘结构所承受的热环境越来越恶劣,因此更加高效的热防护技术已经成为该领域关注的焦点。在各种热防护技术中,发散冷却由于多孔介质巨大的比表面积,被证明具有出色的冷却能力。然而,由于发散冷却过程的复杂性,目前对发散冷却的机理研究,特别是对具有相变的液体发散冷却的研究相对缺乏,本文针对这一问题采用数值模拟的方法开展深入的研究。对于气相发散冷却,本文对系统的冷却能力,即:一定冷却剂用量条件下一个发散冷却系统能承受的最高热流,进行了研究,指出冷却剂吸热能力和流固换热能力共同限制了系统的冷却能力。在此基础上,研究了不同冷却剂质量流速条件下固体热导率、颗粒直径、多孔介质厚度以及冷却剂比热容等因素对系统冷却能力的影响。相比于气相发散冷却,采用具有液体相变的液相发散冷却,由于巨大的相变潜热和沸腾换热系数,具有高得多的冷却能力。然而,由于涉及到冷却剂在多孔介质内的相变过程,数学模型比较复杂。本文通过数学等价变换的方法,对目前常用的局部热非平衡两相混合模型进行了改进,获得了更为简单的数学模型。在此基础上提出分区域求解的数值方法,实现了多孔区域和主流区域的耦合计算。通过对二维楔形多孔锥体内的液相发散冷却过程的数值模拟,本文分析了液相发散冷却过程中冷却剂流动换热特性。模拟结果指出液相冷却剂在多孔介质内完全相变和不完全相变两种情况下,多孔介质内冷却剂的流动特性是完全不同的,当冷却剂无法在多孔介质内完全相变时,大量冷却剂会沿着液相区和两相区流向多孔介质末端并流出,造成表面极不均匀的质量流速分布和大量相变潜热的浪费。冷却剂质量流量和注射压力之间呈现“N形”关系,即在很小或者很大的质量流量条件下,两者正相关,但是质量流量处于中间区间时,两者呈现负相关关系。这两个有趣的现象均是由冷却剂液相和气相之间巨大的运动粘度差造成的。基于对发散冷却过程机理的研究,为了给液相发散冷却系统的设计和优化提供参考,本文进一步研究了固体热导率、颗粒直径以及多孔介质厚度等参数对液相发散冷却系统的冷却效果的影响。与气相发散冷却相比,这些参数对液相发散冷却系统冷却效果的影响是迥然不同的。这主要是因为液相发散冷却存在极薄的两相区承担绝大部分的流固换热。由于液相发散冷却过程中相变可能导致的微孔气堵效应,直接应用于大面积区域热防护时很难实现相变潜热的充分利用,造成过高的冷却剂需求量。针对高超声速飞行器前缘大面积区域的热防护,为了尽量减少冷却剂消耗量,综合考虑各种主动冷却方式的优劣势后,本文设计了一种以液相工质为冷却剂,组合液相发散冷却、气相发散冷却、对流冷却和气膜冷却的组合冷却方式。
杨曹立[6]（2020）在《天然气非催化部分氧化烧嘴端面传热过程研究》文中指出在天然气非催化部分氧化过程中,烧嘴是关键的核心部件之一,烧嘴使用寿命是影响天然气非催化部分氧化生产效率和经济利益的重要影响因素之一。本文通过热模实验和数值模拟研究了天然气非催化部分氧化烧嘴端面传热过程,为高负荷比天然气转化烧嘴的设计和应用提供了理论基础。热模实验表明在敞开空间中当氧/天然气比例一定时气流速度的增加将使得火焰辐射传热量减小,此时烧嘴端面传热量下降;而在封闭炉膛空间中,氧/天然气比一定时气流速度的增加将使得气体回流速度提升,对流传热量增加,其占总传热量的比例也逐渐提升,因而烧嘴端面传热量逐渐上升。氧/天然气比的提升使得燃烧温度升高,但在敞开空间中提升氧/天然气比的同时增加了氧气速度,使得烧嘴端面呈现先增大后减小的趋势;在封闭炉膛空间中氧/天然气比的增加将使得烧嘴端面传热量持续增加,但该变化幅度将随着氧/天然气比的增大而逐渐减小。CO2的通入氧气通道时将影响反应路径和传热过程,由O2+H为主的反应转化为CO2+H为主的反应,同时提升了对火焰辐射有阻碍作用的多原子气体的含量,因此在随着氧气中CO2含量的增加,烧嘴端面传热量将产生突变式的下降。通过建立天然气非催化部分氧化传热模型比较了预热温度和负荷变化的对炉内烧嘴端面传热的影响,结果表明天然气预热温度提升,使得燃烧过程向上游移动,提升了端面附近燃烧温度同时使得烧嘴端面受到的传热量增加。在气流负荷降低,采用预热气体的方式维持烧嘴通道内的气流速度过程中,两种气体均预热时,气体流速变化较小,回流速度略微降低,端面附近温度略微增加,此时烧嘴端面传热量逐渐升高,但其幅度在10%以内;而仅O2预热时,回流速度减小,端面附近温度基本不变,此时烧嘴端面传热量逐渐降低,其幅度也在10%以内。使用对天然气和/或氧气进行预热的方式可以较好地实现天然气转化炉高负荷比调节的手段。考察了烧嘴流道组织对于烧嘴端面传热量、温度和热应力的影响。研究表明,双通道烧嘴中CO2加入氧气通道的双通道烧嘴,相较于CO2位于氧气和天然气之间和之外的两种三通道烧嘴相比,其燃烧区域被拉长,烧嘴端面附近的温度较低,一定程度上减少了烧嘴端面受到的辐射传热量,在温度和热应力方面也具有一定的优势。
陈凯[7]（2019）在《微液滴相变行为与近临界压力射流冲击冷却机理研究》文中认为电子器件和空间飞行器的能量密度越来越高,亟需发展高效可靠的冷却方式。另一方面,核聚变能作为新型可再生能源,是解决能源危机的重要途径。其中,实现反应堆高热流表面的高效换热是核聚变能利用中需要解决的关键问题之一。由此可见,不论是电子和空间动力设备的发展,还是新能源的开发利用,实现热量的高效传递与控制均是其中的关键环节,发展高效可靠的冷却方式迫在眉睫。喷雾冷却具有对流换热系数高和冷却均匀性好的优势,在工业上得到了广泛的应用。为揭示喷雾冷却换热的微观机理,本文开展了单个微米液滴撞击固体表面流动和换热的研究,讨论了在更大表面张力作用、更强蒸发作用和更小动量和热量传递时间尺度下液滴的流动和相变换热机理。研究表明,微米液滴撞击固体表面过程中捕获的空气泡为液滴内部气泡生长的汽化核心。进而,耦合分析了液滴的撞击过程和相变过程,基于润滑理论和沸腾成核理论,建立了液滴内部气泡生长过热度与液滴撞击参数间的理论模型。随后研究了氧化锌纳米线和铜规则多孔等微纳米结构表面对微米液滴撞击铺展和相变换热的影响规律。研究表明,在毛细力作用下液滴在氧化锌纳米线结构表面形成了更加明显的前驱膜结构,极大地强化了液滴的蒸发过程;随着表面温度的升高,前驱膜对液滴蒸发的贡献率减小。两种表面均强化了液滴与表面间的换热,并提高了液滴的Leidenfrost温度。超临界压力流体射流冲击冷却避免了喷雾冷却等相变换热中存在CHF的问题,对高热流表面的冷却具有更高的可靠性。因此,紧接着本文开展了亚临界/超临界压力CO2射流冲击冷却的流动可视化与局部和平均换热特性研究,分析了热流密度、质量流量、压力、进口温度和表面微结构等对换热的影响,讨论了超临界压力流体在准临界点附近物性的剧烈变化对换热的影响。研究表明,亚临界压力下,出现了单相对流和沸腾共存的现象,且沸腾出现时无温度过头;超临界压力下,当进口温度低于准临界温度时,表面对流换热系数随热流密度的升高先增大后减小。流动可视化和数值模拟表明,冷却表面附近大比热流体层的出现强化了流体与表面间的换热。对已有关联式进行修正,得到了超临界压力CO2射流冲击冷却的局部和平均对流换热关联式。超临界压力CO2射流冲击冷却不存在CHF,当热流密度高于亚临界压力CO2射流冲击冷却的CHF时,仍具有较高的对流换热系数。表面微肋结构极大地提高了超临界压力CO2射流冲击冷却的对流换热系数。
张军[8]（2019）在《基于高超声速飞行器结构热管理的气动热收集与转化技术研究》文中指出高超声速飞行器面临严酷的气动热环境给飞行器结构带来沉重的热防护压力;而在飞行器长时间飞行的需求导致机上电源体积和重量的急速增加,极大增加了飞行器的负担。从能量角度分析,一方面是外部需要防护的大量气动热,另一方面飞行器上可用能源负担加重,因此将气动热有效收集并加以转化利用是高超声速飞行器一个重要的研究课题。本文基于飞行器结构并结合结构热管理概念,设计了一种集气动热收集和转化利用功能为一体的新型热防护方案。该方案的核心包括气动热收集和气动热转化利用两部分。气动热收集部分在采用被动热防护实现耐高温的基础上,基于主动冷却方案设计了对流换热结构和干冰冷却结构;气动转化利用主要以涡轮机做功的形式实现,并在此基础上研究了不同热力循环组织形式下的转化效率及输出功率。在对流冷却结构的研究中,主要针对内流对壁温的控制效果和工质的吸热能力两方面开展了深入研究。在仅考虑内流的降温情况下,内流对高热流区的降温较弱,而对大面积换热区的换热能力较强。不考虑外流影响,仅研究工质吸热能力时发现,当工质未达到吸热极限时,质量流率是影响其换热能力的主要因素,而当工质达到吸热极限时,入口温度、工质种类对其吸热能力才有较为显着的影响。在基于干冰冷却结构的研究中,结合飞行器热防护结构设计了不同的干冰冷却结构,并在此基础上研究了不同结构下的升华潜热冷却和升华潜热+低温CO2气流冷却的冷却效果,研究认为在干冰区域应当尽可能减小热阻促使干冰升华以提高低温CO2气流的质量流率,在依靠气流冷却区域则需要一定的热防护结构。在此结论的基础上针对飞行器大面积换热区设计了一种引入外部热流的干冰冷却结构,可以很好的在飞行器大面积区域实现长时间的热防护。在气动热转化能力的研究中,以布雷顿循环及回热式布雷顿循环为基础,利用气动热收集部分的研究结果替换传统循环中的吸热部分,分别研究了循环效率以及循环温比、循环压比、机械效率等不同因素对输出功率以及循环效率的影响。同时研究了冷却过程对工质多次循环时气动热转化能力的影响,研究发现冷却过程对多次循环的气动热持续转换能力有至关重要的影响,基于高超声速飞行器的应用需求,讨论了以补气式循环代替冷却过程的方案,初步发现低温补气式循环在一定条件下可以较好满足持续循环的要求。
肖雪峰[9]（2019）在《发汗冷却传热特性及边界层流动规律研究》文中研究说明飞行器推进技术一直经历着高速的技术变革和持续的技术创新,飞行器技术参数的提升也意味着热防护需求的提升。但以目前推进技术发展的趋势而言,冷却技术已经成为了未来飞行器技术发展的瓶颈之一。发汗冷却是一种能进一步提升飞行器热防护能力的冷却技术,本论文以发汗冷却为研究对象,开展了如下研究工作:针对带有冷却剂通道的发汗冷却形式,本论文提出了一种基于热平衡的零维模型,分析了冷却剂注入率、冷却剂通道流率及冷却效率三者之间的数学关系。零维模型以多变量非线性函数的形式呈现,发现冷却效率可表达为笛卡尔坐标系下的连续光滑单调有界的曲面,该曲面的投影范围表征了冷却剂注入率及冷却剂通道流率对冷却效率的影响强度。针对发汗冷却在低速条件下的传热流动规律,本论文开展了多孔平板及多孔通道的发汗冷却实验研究,并利用RANS数值模拟研究了冷却剂的壁面加质注入过程、冷却剂通道内的流动组织及冷却剂通道的壁面减质过程对发汗冷却的影响。发现冷却剂注入率与冷却效率之间存在良好的相关性,冷却剂的注入方式和流动方向影响了多孔壁面切向速度分布,从而导致沿程换热规律的改变。结果还显示存在无法获得冷却效率正向增益的冷却剂消耗增量临界值。针对发汗冷却中冷却剂注入过程对多孔壁面边界层结构的改变,本论文开展了多孔壁面通道光学纹影实验及LES数值模拟,对发汗冷却中的壁面加质流动规律以及边界层内涡运动规律进行了研究。发现多孔壁面边界层内存在周期性的涡运动,涡产生时呈现出清晰的卷心结构,低温冷却剂主动将壁面附近的高温流体卷入涡结构,涡旋周期性地出现、发展和破碎。针对发汗冷却在超声速条件下的传热流动规律,本论文开展了超声速条件下发汗冷却的数值模拟和实验研究工作,提出了多计算域多阶段的跨声速数值模拟方案。结果显示多孔鼻锥前缘在高焓超声速气流中引发了明显的弓形激波与斜激波,激波与边界层相互作用导致多孔壁面边界层内参数分布偏离定常自由流速下的壁面律。本论文提出了一种用于液体发汗冷却的多孔柱状结构,可抑制斜激波对边界层干扰。在马赫数2.1、总温1165 K的来流环境中,多孔柱状结构的最高冷却效率可达到0.91。
张舜禹[10]（2019）在《基于冷热电综合利用的冲压及组合发动机热管理方法研究》文中指出本课题主要针对紧凑型并联式组合发动机冲压模态进行热管理相关研究,研究的主要内容包括紧凑型一体化组合发动机热管理需求分析、组合发动机热管理多方案性能对比分析、强三维空间分布特征下发动机燃烧室及其附件耦合热管理特性分析及优化、发动机冷电及热电综合利用热管理方案研究。首先对紧凑型一体化组合发动机热管理的特殊性进行分析,得出对于紧凑式组合发动机来讲其热管理的主要对象不仅包含发动机燃烧室壁面,还包括发动机舱内的大量附件,并且燃烧室壁面的热管理效果对舱内附件的热管理效果有较大影响。因此,结合紧凑式一体化发动机的运行特点以及热管理的特殊需求进行了宽工况多模态下发动机可用冷源分析,同时,为了评估不同类型热管理方案的效果,分别建立了耦合再生冷却及气膜冷却结构的发动机燃烧室壁面热结构一维计算模型。其次结合紧凑式一体化组合发动机的实际情况分别对燃油再生冷却热管理方案及气膜冷却热管理方案进行了性能评估及方案综合评价,通过多方案对比发现针对紧凑型一体化组合发动机的热管理需求需求,气膜冷却热管理方案由于对燃烧室壁面温度和舱内附件的环境温度的控制性能较差,并不适合对紧凑式一体化发的动机进行热管理,而再生冷却热管理方案由于对发动机壁面以及发动机舱内附件环境温度控制性能良好,且具向有更高马赫数利用的潜力,因此更加适合应用于紧凑型一体化组合发动机。但同时通过研究也发现再生冷却热管理方案存在对燃料流量依赖性大的问题,在发动机高马赫数巡航状态下需要利用的冷却流量大于燃烧流量。之后为了进一步对紧凑式一体化发动机再生冷却热管理方案进行热管理性能研究,考虑到发动机尤其是发动机舱内附件具有很强的三维空间参数分布特征,建立了强三维空间分布特征下发动机再生冷却热管理方案耦合分析模型,通过对计算模型的解耦将其分为强三维空间分布下发动机燃烧室再生冷却数值模拟和强三维空间分布特征下发动机舱内热环境数值模拟两个部分,并以燃烧室壁面温度分布作为两个过程的接口。通过进行上述分析后发现,再生冷却热管理方案在所研究的发动机的设计上限马赫数即Ma4的运行工况下可以很好的完成对发动机壁面及发动机舱内附件的热管理,并且在更高的飞行马赫数下依然可以对发动机进行较好的热管理,同时,针对部分由于处在特殊位置而工作温度较高的部件设计了相关的主动冷却结构,并且通过三维数值模拟对设计的主动冷却结构进行了性能评估。最后针对再生冷却热管理方案对燃料流量依赖性大的问题,本课题结合冷电及热电的综合利用提供了基于解决方案。即通过制冷储冷手段提前对冲压模态燃烧室内的燃油进行制冷降温,使其具有重新回收完成再生冷却后多余燃油的可能性。方案针对电制冷循环需要对环境进行排热,而飞行器与外界环境间存在热障的问题,创新性的提出了将循环中的热量排入涡轮模态下即将被燃烧的燃油中,即达到了对低马赫数下燃料热沉的充分利用,也达到扩充高马赫数下可用冷源的目的。
二、发汗冷却湍流换热过程的数值模拟（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、发汗冷却湍流换热过程的数值模拟（论文提纲范文）
（1）多孔介质材料多物理场耦合数值模拟分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 多孔介质概述 |
| 1.3 研究现状及发展前景 |
| 1.4 研究内容 |
| 2 数值计算理论基础 |
| 2.1 能量方程的建立 |
| 2.2 连续方程 |
| 2.3 动量守恒方程 |
| 2.4 湍流模型 |
| 2.5 多孔介质材料变形机理分析 |
| 2.6 微尺度热特性的研究方法 |
| 3 多孔介质冷却模拟 |
| 3.1 不同冷却介质冷却效果对比 |
| 3.1.1 空气冷却 |
| 3.1.2 氮气冷却 |
| 3.1.3 水冷却 |
| 3.1.4 水和空气混合冷却 |
| 3.2 不同倾斜角度的冷却效果 |
| 3.3 不同多孔结构的冷却效果 |
| 4 多孔介质强度分析 |
| 4.1 建立物理模型 |
| 4.2 不同冷却介质应力计算结果 |
| 4.3 不同倾斜角度应力计算结果 |
| 5 结论和展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）超燃冲压发动机碳氢燃料气膜的冷却和减阻特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 再生冷却技术研究现状 |
| 1.2.2 组合冷却技术研究现状 |
| 1.2.3 超声速气膜冷却技术研究现状 |
| 1.3 碳氢燃料超声速气膜面临的主要问题 |
| 1.3.1 气膜与主流掺混会发生吸放热并存的非平衡化学反应 |
| 1.3.2 氧化裂解反应对气膜流动换热特性的影响尚不明确 |
| 1.3.3 再生/气膜复合冷却对发动机性能的影响有待评估 |
| 1.4 本文的研究内容及章节安排 |
| 第2章 带有非平衡氧化裂解反应碳氢燃料超声速气膜流动换热数值建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 带有氧化裂解反应碳氢燃料超声速气膜数值模型 |
| 2.2.1 物理模型 |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.2.3 物性处理方法 |
| 2.2.4 适用于低压高速燃烧室环境的热裂解反应模型 |
| 2.2.5 适用于低压高速燃烧室环境的氧化裂解反应模型 |
| 2.2.6 湍流模型 |
| 2.2.7 湍流化学反应相互作用模型 |
| 2.3 带有氧化裂解反应碳氢燃料超声速气膜模型验证 |
| 2.3.1 数值模型验证思路 |
| 2.3.2 近壁区超声速湍流剪切掺混过程预测能力验证 |
| 2.3.3 带有吸热型热裂解反应的超声速气膜流动换热预测能力验证 |
| 2.3.4 超声速湍流边界层内剪切掺混燃烧过程预测能力验证 |
| 2.4 超声速气膜冷却过程中氧化裂解反应发生发展特性 |
| 2.5 燃料气膜燃烧对燃烧室热载荷影响路径分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 带有氧化裂解反应的碳氢燃料超声速气膜冷却特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 吸热型热裂解反应对超声速气膜冷却特性的影响机制分析 |
| 3.3 氧化裂解反应对超声速气膜冷却特性的双重影响机制 |
| 3.4 超声速气膜冷却特性评价指标及影响因素变化原则 |
| 3.4.1 超声速气膜冷却特性评价指标分析 |
| 3.4.2 主要影响因素变化原则 |
| 3.5 气膜参数对带有燃烧反应超声速气膜冷却特性的影响规律 |
| 3.5.1 定气膜冷却当量比下气膜进口速度和厚度的影响 |
| 3.5.2 定气膜冷却当量比下气膜进口温度的影响 |
| 3.5.3 气膜冷却当量比的影响 |
| 3.6 主流对带有燃烧反应超声速气膜冷却特性的影响规律 |
| 3.6.1 主流来流温度的影响 |
| 3.6.2 主流来流马赫数的影响 |
| 3.6.3 激波对带有燃烧反应超声速气膜冷却特性的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 超声速湍流边界层内碳氢燃料超声速气膜燃烧减阻特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 氧化裂解反应对超声速气膜阻力特性的分区影响机制 |
| 4.3 碳氢燃料超声速气膜燃烧防热/减阻耦合匹配特性分析 |
| 4.3.1 碳氢燃料超声速气膜燃烧防热/减阻耦合匹配路径分析 |
| 4.3.2 减阻特性和防热特性参数定义 |
| 4.3.3 碳氢燃料超声速气膜防热/减阻耦合匹配特性 |
| 4.4 气膜参数对防热/减阻耦合匹配特性的影响规律探索 |
| 4.4.1 气膜流动参数的影响 |
| 4.4.2 气膜结构参数的影响 |
| 4.5 宽速域运行范围下发动机防热/减阻耦合匹配特性探索 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 碳氢燃料再生/气膜复合冷却对发动机热边界和推力性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室再生/气膜复合冷却准一维模型 |
| 5.2.1 碳氢燃料再生/气膜复合冷却准一维模型 |
| 5.2.2 碳氢燃料再生/气膜复合冷却准一维模型验证 |
| 5.3 碳氢燃料再生/气膜复合冷却对发动机热边界的影响 |
| 5.3.1 物理模型及发动机热边界评价指标 |
| 5.3.2 碳氢燃料再生/气膜复合冷却方案优化 |
| 5.3.3 不考虑气膜氧化裂解反应时复合冷却对发动机热边界的影响 |
| 5.3.4 碳氢燃料超声速气膜氧化裂解反应对发动机热边界的影响 |
| 5.4 碳氢燃料再生/气膜复合冷却对发动机推力性能的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）基于相变换热与发汗冷却技术的高超热防护快速预估方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 发汗冷却国内外研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 水蒸气相变换热计算模型与方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 相变流动与传热模型 |
| 2.3 两相流动一维模型方程 |
| 2.4 液相区热边界层发展段传热模型 |
| 2.5 相变区沸腾段传热模型 |
| 2.6 相变传热模型实验验证 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 多孔介质计算模型与方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 多孔介质流动与传热模型 |
| 3.2.1 非热平衡流动与传热 |
| 3.2.2 耦合相变传热 |
| 3.2.3 边界条件 |
| 3.3 计算结果分析 |
| 3.3.1 侧壁加热方案 |
| 3.3.2 出口加热方案 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高超钝头体多孔介质与相变传热设计研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 物理模型和网格划分 |
| 4.3 数值模拟结果及讨论 |
| 4.3.1 马赫数对相变发汗冷却的影响 |
| 4.3.2 质量流量对相变发汗冷却的影响 |
| 4.3.3 孔隙率对相变发汗冷却影响 |
| 4.4 流量控制优化 |
| 4.5 防护层厚度对相变发汗冷却的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）发汗冷却数值模拟方法及在涡轮叶片中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 气膜冷却国内外研究现状 |
| 1.3 发汗冷却国内外研究现状 |
| 1.3.1 发汗冷却原理 |
| 1.3.2 发汗冷却与其他技术比较 |
| 1.3.3 发汗冷却中的冷却剂 |
| 1.3.4 发汗冷却研究进展 |
| 1.4 局部热非平衡模型研究进展 |
| 1.4.1 局部热平衡的有效性 |
| 1.4.2 不同流态下局部热非平衡的应用 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 第2章 多孔介质研究中的数值仿真方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 流体力学方程 |
| 2.3 多孔介质中流体力学方程 |
| 2.4 雷诺平均湍流模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 多孔介质中受限层流冲击射流流动换热特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 物理描述 |
| 3.2.1 基本假设 |
| 3.2.2 网格划分 |
| 3.2.3 程序验证 |
| 3.3 不同雷诺数下的流动换热分析 |
| 3.4 不同孔隙率下流动换热分析 |
| 3.5 不同Da数下流动换热的分析 |
| 3.6 不同多孔介质层厚度的流动换热特性分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 平板气膜与发汗复合冷却结构数值研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算模型及数值验证 |
| 4.2.1 物理模型及网格划分 |
| 4.2.2 计算数据 |
| 4.2.3 计算程序验证 |
| 4.3 改变吹风比对流动换热的影响分析 |
| 4.3.1 高温主流流场分析 |
| 4.3.2 孔内和多孔介质内流场分析 |
| 4.4 不同孔隙率对冷却效率的影响 |
| 4.5 不同Da数下冷却效率分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 涡轮叶片发汗冷却流动换热分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 物理模型介绍及程序验证 |
| 5.3 不同吹风比对涡轮叶片发汗冷却流动与换热的影响 |
| 5.4 不同孔隙率对的发汗冷却流动与换热影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）发散冷却系统冷却能力和流动换热特性的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 英文字母 |
| 希腊字母 |
| 下标 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 高超声速飞行器的热防护需求 |
| 1.1.2 热防护技术分类 |
| 1.2 发散冷却研究现状 |
| 1.2.1 气相发散冷却的研究现状 |
| 1.2.2 液相发散冷却的研究现状 |
| 1.3 发散冷却研究中的不足 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 多孔介质性质及其研究方法 |
| 2.1 多孔介质的定义 |
| 2.1.1 定义 |
| 2.1.2 异质与各向异性 |
| 2.1.3 饱和多孔介质与非饱和多孔介质 |
| 2.2 多孔介质的研究方法 |
| 2.2.1 基本研究方法 |
| 2.2.2 表征体元 |
| 2.3 多孔介质的基本参数 |
| 2.3.1 孔隙率 |
| 2.3.2 孔径 |
| 2.3.3 比表面积 |
| 2.3.4 饱和度 |
| 2.3.5 渗透率 |
| 2.4 Darcy定律的推广 |
| 2.4.1 Darcy-Lapwood方程 |
| 2.4.2 Darcy-Forchheimer方程 |
| 2.4.3 Brinkman方程 |
| 2.4.4 Darcy-Forchheimer-Brinkman方程 |
| 第三章 发散冷却系统的冷却能力研究 |
| 3.1 物理和数学模型 |
| 3.1.1 物理模型 |
| 3.1.2 数学模型 |
| 3.1.3 边界条件 |
| 3.2 发散冷却系统冷却能力的分析 |
| 3.2.1 固体骨架和冷却剂温度分布 |
| 3.2.2 限制冷却能力的因素 |
| 3.2.3 对限制因素的验证 |
| 3.3 固体热导率的影响 |
| 3.4 颗粒直径的影响 |
| 3.5 多孔介质骨架厚度的影响 |
| 3.6 冷却剂比热容的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 液相发散冷却的数学模型 |
| 4.1 分相模型 |
| 4.1.1 质量守恒方程 |
| 4.1.2 动量守恒方程 |
| 4.1.3 能量守恒方程 |
| 4.2 两相混合模型 |
| 4.2.1 质量守恒方程 |
| 4.2.2 动量守恒方程 |
| 4.2.3 组分方程 |
| 4.2.4 能量守恒方程 |
| 4.2.5 小结 |
| 4.3 热非平衡两相混合模型 |
| 4.4 修正的局部热非平衡两相混合模型 |
| 4.4.1 局部热非平衡两相混合模型模拟中的困难 |
| 4.4.2 流体修正温度的引入 |
| 4.4.3 数学模型的进一步改进 |
| 4.5 多孔介质区域和主流区域的耦合方法 |
| 4.5.1 交界面条件 |
| 4.5.2 计算流程 |
| 4.6 本章总结 |
| 第五章 液相发散冷却过程的流动特性分析 |
| 5.1 问题描述 |
| 5.2 计算方法 |
| 5.2.1 多孔区域计算模型 |
| 5.2.2 主流区域计算模型 |
| 5.2.3 边界条件和物性 |
| 5.2.4 网格生成 |
| 5.3 实验验证 |
| 5.4 计算结果分析 |
| 5.4.1 相变位置和出口冷却剂质量流速分布 |
| 5.4.2 多孔介质内冷却剂的流动特性 |
| 5.4.3 冷却效果分析 |
| 5.4.4 流出多孔介质后冷却剂的流动 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 流固换热特性和注射压强-质量流量关系 |
| 6.1 物理模型 |
| 6.2 数值计算设置 |
| 6.3 实验验证 |
| 6.4 结果分析 |
| 6.4.1 主流区域压强温度分布 |
| 6.4.2 多孔区域内温度分布特性 |
| 6.4.3 注射压力对液相发散冷却的影响 |
| 6.4.4 注射压力和质量流量关系 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 多孔介质参数对液相发散冷却过程的影响 |
| 7.1 物理模型 |
| 7.2 数值计算 |
| 7.2.1 主流区域数学模型 |
| 7.2.2 多孔区域数学模型 |
| 7.2.3 边界条件 |
| 7.2.4 网格生成 |
| 7.3 主流区域温度和压强分布 |
| 7.4 固体热导率的影响 |
| 7.5 颗粒直径的影响 |
| 7.6 多孔介质厚度的影响 |
| 7.7 本章小结 |
| 第八章 针对前缘热防护的组合冷却设计方案 |
| 8.1 不同主动冷却方式的比较 |
| 8.2 非平衡态真实气体计算模型 |
| 8.2.1 控制方程 |
| 8.2.2 输运特性 |
| 8.2.3 VT弛豫模型 |
| 8.2.4 VV弛豫模型 |
| 8.2.5 化学反应模型 |
| 8.3 冷却剂吸热能力和隔热能力分析 |
| 8.4 组合冷却设计方案 |
| 8.5 本章小结 |
| 第九章 回顾与展望 |
| 9.1 全文总结 |
| 9.1.1 发散冷却的冷却能力研究 |
| 9.1.2 液相发散冷却数学模型的发展 |
| 9.1.3 液相发散冷却的流动和换热特性研究 |
| 9.1.4 各参数对发散冷却的影响 |
| 9.1.5 组合冷却方案的提出 |
| 9.2 本文创新点 |
| 9.3 发散冷却研究的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、攻读博士学位期间的学术论文和研究成果 |
| 个人简历 |
| 发表的学术论文 |
| 参与的科研项目 |
（6）天然气非催化部分氧化烧嘴端面传热过程研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究内容 |
| 第二章 文献综述 |
| 2.1 天然气制备合成气的工艺综述 |
| 2.1.1 蒸汽转化技术 |
| 2.1.2 非催化部分氧化技术 |
| 2.1.3 自热转化技术 |
| 2.1.4 二氧化碳转化技术 |
| 2.1.5 催化部分氧化技术 |
| 2.1.6 天然气制备合成气工艺技术比较 |
| 2.2 冷却方式 |
| 2.2.1 再生冷却 |
| 2.2.2 膜冷却 |
| 2.2.3 辐射冷却 |
| 2.2.4 烧蚀冷却 |
| 2.2.5 发汗冷却 |
| 2.3 扩散火焰 |
| 2.3.1 常规扩散火焰 |
| 2.3.2 反扩散火焰 |
| 2.3.3 影响因素 |
| 2.4 火焰传热过程 |
| 2.4.1 火焰辐射 |
| 2.4.2 壁面辐射 |
| 2.4.3 对流传热 |
| 2.5 数值模拟模型 |
| 2.5.1 输运PDF模型 |
| 2.5.2 简化PDF模型 |
| 2.5.3 火焰面模型 |
| 2.5.4 涡耗散模型 |
| 2.5.5 辐射传热模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 烧嘴端面传热过程的实验研究 |
| 3.1 实验装置及操作条件 |
| 3.1.1 敞开空间实验装置 |
| 3.1.2 炉膛空间实验装置 |
| 3.2 气体速度变化对烧嘴端面传热的影响 |
| 3.2.1 实验工况 |
| 3.2.2 敞开空间火焰形态的变化情况 |
| 3.2.3 烧嘴端面温度的变化情况 |
| 3.2.4 封闭炉膛环境下烧嘴端面传热过程 |
| 3.2.5 天然气速度和氧气速度变化的影响程度比较 |
| 3.3 氧/天然气比对烧嘴端面传热过程的实验工况 |
| 3.3.1 实验工况 |
| 3.3.2 敞开空间氧/天然气比对火焰形态的变化 |
| 3.3.3 氧/天然气比对烧嘴端面传热过程的影响 |
| 3.4 氧气中CO_2含量对烧嘴端面传热量的影响 |
| 3.4.1 实验工况 |
| 3.4.2 敞开空间中CO_2含量变化对火焰形态的影响 |
| 3.4.3 CO_2含量对烧嘴端面传热量的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 工艺参数变化对烧嘴端面传热量的影响 |
| 4.1 模型选择及模拟条件 |
| 4.1.1 数学模型的建立 |
| 4.1.2 实验工况选择 |
| 4.1.3 模型验证 |
| 4.2 预热温度变化对烧嘴端面传热量的影响 |
| 4.2.1 烧嘴端面附近燃烧温度的变化情况 |
| 4.2.2 烧嘴端面传热量的变化情况 |
| 4.3 炉膛负荷变化对烧嘴端面传热量的影响 |
| 4.3.1 烧嘴端面附近温度的变化情况 |
| 4.3.2 烧嘴端面传热过程的变化情况 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 烧嘴流道组织对烧嘴端面传热的影响 |
| 5.1 烧嘴结构对烧嘴端面传热量的模拟方法 |
| 5.1.1 整体建模思路 |
| 5.1.2 热应力的计算 |
| 5.1.3 模型验证过程 |
| 5.2 烧嘴流道组织方式的模拟结果讨论 |
| 5.2.1 建模对象 |
| 5.2.2 炉膛内火焰温度场的影响情况 |
| 5.2.3 烧嘴端面传热量的影响情况 |
| 5.2.4 烧嘴端面温度的影响情况 |
| 5.2.5 烧嘴端面热应力的影响情况 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间发表的论文情况 |
（7）微液滴相变行为与近临界压力射流冲击冷却机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.1.1 电子器件冷却 |
| 1.1.2 高超声速飞行器 |
| 1.1.3 受控核聚变利用 |
| 1.2 单个液滴撞击固体表面的流动与相变研究 |
| 1.2.1 单个液滴撞击冷表面的流动与铺展行为研究 |
| 1.2.2 单个液滴撞击加热表面的流动与相变换热特性研究 |
| 1.2.3 单个液滴撞击微纳米结构表面的流动与传热特性研究 |
| 1.3 射流冲击冷却研究现状综述与分析 |
| 1.3.1 单相/超临界压力射流冲击冷却研究 |
| 1.3.2 相变射流冲击冷却研究 |
| 1.3.3 强化表面射流冲击冷却研究 |
| 1.4 已有研究中的不足 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 第2章 微液滴撞击光滑表面流动相变的实验与理论研究 |
| 2.1 本章引论 |
| 2.2 实验系统概述 |
| 2.2.1 实验系统 |
| 2.2.2 光滑芯片制备 |
| 2.2.3 高速相机像素空间尺寸标定 |
| 2.3 实验参数测量与实验操作 |
| 2.3.1 静态接触角测量 |
| 2.3.2 温度测量 |
| 2.3.3 液滴直径和速度测量 |
| 2.3.4 环境温度和湿度测量 |
| 2.3.5 操作步骤 |
| 2.4 数据处理与误差分析 |
| 2.5 实验参数 |
| 2.6 实验结果与讨论 |
| 2.6.1 微米液滴在光滑表面的撞击流动 |
| 2.6.2 微米液滴在光滑表面的撞击相变 |
| 2.6.3 理论模型构建与分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 微米液滴撞击微纳米表面流动与相变的实验研究 |
| 3.1 本章引论 |
| 3.2 实验系统概述与微纳米表面制备 |
| 3.2.1 实验系统 |
| 3.2.2 表面氧化锌纳米线结构的制备 |
| 3.2.3 表面铜规则多孔结构的制备 |
| 3.3 数据处理与误差分析 |
| 3.4 实验参数 |
| 3.5 实验结果与讨论 |
| 3.5.1 液滴撞击铺展与蒸发 |
| 3.5.2 液滴撞击铺展与沸腾 |
| 3.6 对喷雾冷却强化换热的启示 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 亚临界压力CO_2射流冲击冷却的实验研究 |
| 4.1 本章引论 |
| 4.2 实验系统概述与实验段制备 |
| 4.2.1 实验系统介绍 |
| 4.2.2 高压釜 |
| 4.2.3 一体化芯片制备与封装 |
| 4.3 实验参数测量与实验操作 |
| 4.3.1 芯片表面温度的测量 |
| 4.3.2 流体压力、温度和流量的测量 |
| 4.3.3 热量测量 |
| 4.3.4 流动可视化测量 |
| 4.3.5 实验操作步骤 |
| 4.4 实验参数 |
| 4.5 数据处理与误差分析 |
| 4.5.1 数据处理 |
| 4.5.2 误差分析 |
| 4.6 实验结果与讨论 |
| 4.6.1 流动可视化 |
| 4.6.2 压力的影响 |
| 4.6.3 质量流量对换热的影响 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 超临界压力CO_2射流冲击冷却实验与数值模拟研究 |
| 5.1 本章引论 |
| 5.2 实验系统概述 |
| 5.3 实验参数 |
| 5.4 数据处理与误差分析 |
| 5.4.1 数据处理 |
| 5.4.2 误差分析 |
| 5.5 实验结果与讨论 |
| 5.5.1 流动可视化 |
| 5.5.2 热流密度对传热的影响 |
| 5.5.3 进口温度对传热的影响 |
| 5.5.4 超临界压力CO_2射流冲击冷却的换热关联式 |
| 5.6 数值模型建立与验证 |
| 5.6.1 数值模型的建立 |
| 5.6.2 湍流模型 |
| 5.6.3 网格无关性验证 |
| 5.6.4 模型验证 |
| 5.7 数值模拟结果讨论 |
| 5.7.1 流动可视化的数值模拟分析 |
| 5.7.2 进口温度的影响 |
| 5.7.3 压力的影响 |
| 5.8 亚/超临界压力CO_2射流冲击冷却对比 |
| 5.9 本章小结 |
| 第6章 微米结构表面超临界压力CO_2射流冲击冷却的实验研究 |
| 6.1 本章引论 |
| 6.2 实验系统概述与实验段制备 |
| 6.2.1 实验系统概述 |
| 6.2.2 微米结构表面的制备与封装 |
| 6.3 实验数据测量 |
| 6.3.1 表面温度的测量 |
| 6.3.2 热量测量 |
| 6.4 实验参数 |
| 6.5 数据处理与实验误差 |
| 6.5.1 数据处理 |
| 6.5.2 实验误差 |
| 6.6 实验结果与讨论 |
| 6.6.1 表面微米结构的影响 |
| 6.6.2 剧烈变物性的影响 |
| 6.6.3 亚/超临界压力流体射流冲击冷却对比 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 本文研究意义及创新性工作 |
| 7.3 工作建议与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）基于高超声速飞行器结构热管理的气动热收集与转化技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 相关领域的研究进展 |
| 1.2.1 气动热防护技术研究 |
| 1.2.2 飞行器上热能再利用技术研究 |
| 1.3 本文工作内容介绍 |
| 第二章 气动热收集与转化方案设计及计算分析模型 |
| 2.1 气动热收集与转化一体化设计 |
| 2.1.1 新型热防护方案的整体设计 |
| 2.1.2 基于飞行器结构的气动热收集模块设计 |
| 2.2 气动热收集模型的计算方法 |
| 2.2.1 高超声速外流的气动热计算 |
| 2.2.2 飞行器内的传热过程 |
| 2.2.3 外流-壁面-内流耦合换热模型 |
| 2.3 气动热转化利用模型及其分析方法 |
| 2.3.1 气动热转化利用能力的评估方法 |
| 2.3.2 不同组织形式的热力循环的效率分析 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 对流冷却结构的数值仿真 |
| 3.1 计算设置 |
| 3.1.1 物理模型及网格划分 |
| 3.1.2 求解模型及边界条件 |
| 3.1.3 网格无关性验证 |
| 3.2 标准工况下的热防护效果及吸热能力评估 |
| 3.2.1 温度场分布 |
| 3.2.2 内流对于壁面温度的控制效果分析 |
| 3.2.3 不同区段工质吸热能力分析 |
| 3.3 不同参数对热防护效果的影响 |
| 3.3.1 出口背压 |
| 3.3.2 入口温度 |
| 3.3.3 质量流量 |
| 3.4 不同参数对工质吸热能力的影响 |
| 3.4.1 出口背压 |
| 3.4.2 入口温度 |
| 3.4.3 质量流率 |
| 3.4.4 工质种类 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 干冰冷却结构的数值仿真 |
| 4.1 干冰冷却过程分析 |
| 4.1.1 干冰冷却机理分析 |
| 4.1.2 稳态下干冰质量流率与温度的对应关系 |
| 4.1.3 干冰非稳态冷却过程分析 |
| 4.2 干冰非稳态冷却的数值仿真 |
| 4.2.1 升华潜热冷却 |
| 4.2.2 升华潜热+低温CO_2气流冷却 |
| 4.3 机身大面积热防护结构干冰冷却模式分析 |
| 4.3.1 冷却模式1 |
| 4.3.2 冷却模式2 |
| 4.3.3 冷却模式3 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 气动热转化利用及循环可持续性分析 |
| 5.1 布雷顿循环中气动热转化能力的影响因素分析 |
| 5.1.1 标准工况下的布雷顿循环输出功率及热效率 |
| 5.1.2 不同因素对循环效率的影响 |
| 5.2 回热式布雷顿循环中气动热转化能力的影响因素分析 |
| 5.2.1 标准工况下的回热式布雷顿循环输出功率及循环效率 |
| 5.2.2 不同因素对循环效率的影响 |
| 5.3 冷却过程对气动热转化能力的分析 |
| 5.3.1 冷却过程对循环持续能力的影响 |
| 5.3.2 回热式循环对冷却过程的要求 |
| 5.3.3 补气式循环替代冷却过程 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文主要工作 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 下一步工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（9）发汗冷却传热特性及边界层流动规律研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| Nomenclature |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 发汗冷却技术的提出与基本原理 |
| 1.2.1 多种冷却技术的特点与应用范围 |
| 1.2.2 发汗冷却主要依赖的材料与结构 |
| 1.2.3 发汗冷却中存在的跨尺度现象 |
| 1.3 发汗冷却技术的研究现状 |
| 1.3.1 发汗冷却的核心物理问题 |
| 1.3.2 发汗冷却剂特性的研究现状 |
| 1.3.3 壁面加质流动的研究现状 |
| 1.3.4 多孔介质渗流换热的研究现状 |
| 1.4 已有发汗冷却研究的不足 |
| 1.5 本论文的研究内容 |
| 第2章 基于热平衡的发汗冷却零维模型研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基本的发汗冷却零维模型 |
| 2.2.1 带有冷却剂通道的发汗冷却 |
| 2.2.2 基于热平衡的逻辑型零维模型 |
| 2.3 扩展的逻辑型发汗冷却零维模型 |
| 2.3.1 带有冷却剂通道的热平衡模型 |
| 2.3.2 多孔介质内的换热过程 |
| 2.3.3 冷却剂通道内的换热过程 |
| 2.3.4 多孔介质固体壁面温差的处理 |
| 2.3.5 冷却效率数学表达式的构建 |
| 2.4 不同条件下零维模型的应用验证 |
| 2.4.1 低雷诺数条件下的发汗冷却 |
| 2.4.2 亚声速条件下的发汗冷却 |
| 2.4.3 超声速条件下的发汗冷却 |
| 2.5 冷却效率的响应面分析 |
| 2.5.1 冷却效率的非线性响应范围 |
| 2.5.2 注入率及通道流率对冷却效率的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 低速条件下发汗冷却的传热特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 发汗冷却实验系统及模拟方案 |
| 3.2.1 金属颗粒烧结的实验样件 |
| 3.2.2 实验系统组成及操作流程 |
| 3.2.3 数值模拟方法及控制方程 |
| 3.3 多孔平板及多孔通道发汗冷却实验结果分析 |
| 3.3.1 金属颗粒烧结多孔材料的渗透性能 |
| 3.3.2 不同注入率条件下的发汗冷却效果 |
| 3.3.3 不同注入形式下的发汗冷却效果 |
| 3.4 冷却剂注入过程对发汗冷却的影响 |
| 3.4.1 多孔平板发汗冷却中的物理过程 |
| 3.4.2 冷却剂的注入对冷却效率的影响 |
| 3.4.3 冷却剂的注入对温度分布及边界层的影响 |
| 3.5 冷却剂通道内流动对发汗冷却的影响 |
| 3.5.1 多孔通道发汗冷却中的物理过程 |
| 3.5.2 冷却剂流动方向对通道内换热规律的影响 |
| 3.5.3 冷却剂流动方向对速度和温度分布的影响 |
| 3.6 壁面减质过程对发汗冷却的影响 |
| 3.6.1 冷却剂供给通道内的壁面减质流动 |
| 3.6.2 壁面减质过程对换热规律的影响 |
| 3.6.3 冷却剂的消耗与冷却效率之间的平衡 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 多孔壁面边界层内的流动规律研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 多孔壁面通道流动实验系统 |
| 4.2.1 光学纹影实验系统及实验装置 |
| 4.2.2 多孔壁面通道流动实验流程 |
| 4.3 多孔壁面通道流动大涡模拟研究方案 |
| 4.3.1 多孔壁面通道流动物理模型的构建 |
| 4.3.2 主流通道区域的模拟方案 |
| 4.3.3 多孔介质区域的模拟方案 |
| 4.3.4 大涡模拟结果的时间平均及验证 |
| 4.4 多孔壁面边界层内涡旋发展过程及影响 |
| 4.4.1 边界层内涡旋的基本形态特征 |
| 4.4.2 边界层内涡旋的产生及发展规律 |
| 4.4.3 涡对温度和速度分布的影响 |
| 4.5 涡的非稳态过程对发汗冷却的影响 |
| 4.5.1 涡对冷却剂注入过程的影响 |
| 4.5.2 涡对流体温度波动的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 超声速条件下发汗冷却的传热特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 超声速条件下发汗冷却数值模拟研究方法 |
| 5.2.1 超声速条件下发汗冷却的跨声速问题 |
| 5.2.2 超声速条件下发汗冷却的物理模型 |
| 5.2.3 基于局部非热平衡模型的多计算域数值模拟方案 |
| 5.3 超声速条件下发汗冷却数值模拟结果分析 |
| 5.3.1 发汗冷却中的弓形激波与斜激波 |
| 5.3.2 注入率对冷却效率的影响 |
| 5.3.3 冷却剂的分布及其对流场的影响 |
| 5.3.4 边界层内的速度与温度分布规律 |
| 5.4 超声速条件下发汗冷却实验研究方案 |
| 5.4.1 金属颗粒烧结的柱状多孔实验样件 |
| 5.4.2 带有红外热成像的高焓超声速风洞 |
| 5.4.3 多孔柱状结构发汗冷却实验流程 |
| 5.5 超声速条件下发汗冷却实验结果分析 |
| 5.5.1 液体冷却剂的雾化与气化 |
| 5.5.2 多孔结构的表面温度分布规律 |
| 5.5.3 单柱状结构与三柱状结构的对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（10）基于冷热电综合利用的冲压及组合发动机热管理方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 冲压及其组合发动机热管理研究现状 |
| 1.2.2 被动热防护研究现状 |
| 1.2.3 主动热防护研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 紧凑型一体化组合发动机热管理需求分析 |
| 2.1 宽工况多模态下组合发动机可用冷源分析 |
| 2.1.1 发动机的可用冷源 |
| 2.1.2 宽工况多模态下组合发动机可用冷源分析 |
| 2.2 发动机热结构耦合传热分析模型 |
| 2.2.1 耦合再生冷却的发动机燃烧室壁面热结构一维计算模型 |
| 2.2.2 耦合气膜冷却的发动机燃烧室壁面热结构一维计算模型 |
| 2.3 发动机再生冷却结构耦合传热分析模型验证 |
| 2.4 紧凑型一体化组合发动机热管理需求特殊性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 组合发动机热管理多方案性能对比分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 燃油再生冷却热管理系统方案性能分析 |
| 3.2.1 紧凑型组合发动机再生冷却热管理方案分析模型 |
| 3.2.2 不同马赫数下热管理方案性能分析 |
| 3.2.3 不同燃油当量比热管理方案性能分析 |
| 3.2.4 紧凑型组合发动机再生冷却热管理方案综合评价 |
| 3.3 气膜冷却热管理方案性能对比分析 |
| 3.3.1 紧凑型组合发动机气膜冷却热管理方案分析模型 |
| 3.3.2 气膜冷却热管理方案性能分析 |
| 3.3.3 紧凑型组合发动机气膜冷却热管理方案综合评价 |
| 3.4 空气涡轮与气膜冷却一体化热管理方案性能对比分析 |
| 3.4.1 空气涡轮与气膜冷却一体化热管理方案性能分析 |
| 3.4.2 紧凑型组合发动机气膜与空气涡轮一体化热管理方案综合评价 |
| 3.5 多方案对比分析 |
| 3.5.1 多方案性能比较 |
| 3.5.2 紧凑型一体化组合发动机热管理方案选取 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 强三维空间分布特征下发动机燃烧室及其附件耦合热管理特性分析及优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 强三维分布特征下发动机再生冷却热管理方案耦合分析模型 |
| 4.2.1 发动机模型特点分析 |
| 4.2.2 计算模型解耦 |
| 4.3 强三维空间分布特征下发动机燃烧室再生冷却数值模拟 |
| 4.3.1 强三维空间分布特征下再生冷却结构数值模拟方法 |
| 4.3.2 再生冷却三维通道布置及尺寸选取 |
| 4.3.3 不同马赫数下三维数值模拟结果分析 |
| 4.4 强三维空间分布特征下发动机舱内热环境数值模拟 |
| 4.4.1 强三维空间分布特征下舱内热环境数值模拟方法 |
| 4.4.2 设计工况下舱内热环境模拟结果分析 |
| 4.4.3 设计工况下零件热负荷分析 |
| 4.4.4 不同工况下零件热管理效果分析及其三维空间分布规律 |
| 4.5 舱内附件的热防护设计及性能分析 |
| 4.5.1 燃烧室壁面附件热防护结构设计 |
| 4.5.2 燃烧室壁面附件热防护结构优化及性能分析 |
| 4.6 扩展工况下热管理方案性能对比 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 发动机冷电及热电综合利用热管理方案研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 引入电制冷循环的发动机制冷储冷热管理方案 |
| 5.2.1 高速飞行器中制冷循环的特殊性分析 |
| 5.2.2 基于燃油吸热的电制冷方案的提出 |
| 5.2.3 方案的可行性验证 |
| 5.2.4 循环工质对方案性能的影响 |
| 5.2.5 燃油热沉利用温度对方案性能的影响 |
| 5.2.6 循环优化后方案的收益性分析 |
| 5.3 引入发电循环的发动机热电综合管理方案 |
| 5.3.1 热电综合管理方案 |
| 5.3.2 方案性能评估 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
四、发汗冷却湍流换热过程的数值模拟（论文参考文献）
- [1]多孔介质材料多物理场耦合数值模拟分析[D]. 赵升. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]超燃冲压发动机碳氢燃料气膜的冷却和减阻特性研究[D]. 左婧滢. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [3]基于相变换热与发汗冷却技术的高超热防护快速预估方法[D]. 尚博文. 哈尔滨工业大学, 2021
- [4]发汗冷却数值模拟方法及在涡轮叶片中的应用[D]. 付祥卿. 哈尔滨工业大学, 2021
- [5]发散冷却系统冷却能力和流动换热特性的数值研究[D]. 苏浩. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]天然气非催化部分氧化烧嘴端面传热过程研究[D]. 杨曹立. 华东理工大学, 2020(01)
- [7]微液滴相变行为与近临界压力射流冲击冷却机理研究[D]. 陈凯. 清华大学, 2019
- [8]基于高超声速飞行器结构热管理的气动热收集与转化技术研究[D]. 张军. 国防科技大学, 2019(02)
- [9]发汗冷却传热特性及边界层流动规律研究[D]. 肖雪峰. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [10]基于冷热电综合利用的冲压及组合发动机热管理方法研究[D]. 张舜禹. 哈尔滨工业大学, 2019(02)