主动冷却点阵夹层防热结构温度响应计算模型

作     者：彭世彬 郭瑞 冯上升 金峰 PENG Shibin;GUO Rui;FENG Shangsheng;JIN Feng

作者机构：西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 西安交通大学仿生工程与生物力学研究所西安710049 西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室西安710049 

出 版 物：《应用数学和力学》 (Applied Mathematics and Mechanics)

年 卷 期：2022年第43卷第5期

页      面：477-489页

核心收录：

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

基　　金：国家自然科学基金(51676156) 国家重点研发计划(2017YFB1102801) 

主　　题：点阵结构 主动冷却 温度响应 防热结构 收缩热阻 理论模型 

摘      要：针对点阵夹层结构主动热防护问题,建立了夹层结构面板和芯体导热与冷却剂对流耦合的非稳态传热理论模型,利用有限体积法离散控制方程并在MATLAB中进行了迭代求解.模型首次考虑了面板与夹芯杆之间的收缩热阻,并利用分离变量法得到了收缩热阻的近似解析解.基于单胞模型和周期性边界条件,模拟得到了模型所需的表面对流传热系数h_(b)和h_(fin).最后,选取多单胞计算工况进行数值模拟和理论模型对比,并讨论了收缩热阻对模型预测精度的影响.结果表明:理论模型能够准确预测夹层结构及内部流体的温度变化,理论与仿真之间的最大误差不超过1%;随着外加热流密度不断增大,忽略收缩热阻使得计算结果造成的误差不断增大;与数值模拟相比,理论模型可显著地减少计算时间并节省计算资源,尤其适用于非均匀、非稳态复杂热载荷下点阵夹层结构的温度响应计算.