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高温壁面的空气-燃油组合冷却方式研究

高温壁面的空气-燃油组合冷却方式研究

作者：吴青南京航空航天大学

学位级别：硕士

高热流壁面热防护是航空航天推进系统技术发展中面临的关键问题之一,本文针对旋转爆震发动机燃烧室壁面冷却,提出了空气-燃油组合冷却方案,并将其抽象为半封闭通道冷却的简化物理模型开展研究。所研究的冷却结构分为两类,一类为基于空... 详细信息

高热流壁面热防护是航空航天推进系统技术发展中面临的关键问题之一,本文针对旋转爆震发动机燃烧室壁面冷却,提出了空气-燃油组合冷却方案,并将其抽象为半封闭通道冷却的简化物理模型开展研究。所研究的冷却结构分为两类,一类为基于空气冷却的模式,包括单纯阵列射流冲击结构、阵列射流-扰流柱集成结构和阵列射流-平行肋隔板集成结构;另一类为基于空气和燃油组合冷却模式,包括油冷平行肋隔板和油冷射流孔板。论文的主要研究内容包括:首先,数值研究了基于气冷方式的阵列射流-扰流柱换热结构综合冷却效果,主要关注扰流柱的排布、直径以及形状对靶面综合冷却效果的影响,为体现阵列射流-扰流柱复合冷却结构的导热-对流强耦合传热过程特征,引入了靶板加热侧当量对流换热系数的概念,并分别采用冲击靶面对流换热系数和靶板加热侧当量对流换热系数进行了综合性能的评价分析。结果表明,与阵列射流冲击相比,扰流柱的存在有利于提高换热能力,随着射流雷诺数的增加,综合冷却因子减小;扰流柱相对于射流孔呈顺排方式的对流换热效果要优于叉排方式,同时,顺排方式的压力损失系数却低于叉排方式。至于扰流柱相对于射流孔的直径比的影响,基于冲击靶面和靶板加热侧对流换热系数的综合性能评价存在显著的差异。其次,数值研究了阵列射流-燃油冷却组合换热结构的冷却效果。将燃油通道设置在平行肋隔板内部,形成油冷平行肋隔板结构,重点研究了燃油流速、燃油冷却通道直径、隔板宽度和通道型面等的影响。研究表明,与纯空气冷却相比,空气-燃油组合冷却的冷却效果有较大的提升;尤其在空气射流雷诺数较低的情况下;改变隔板的宽度可以调整空气与燃油吸热的比例,改善壁面的温度分布,但增加隔板宽度后,空气流动区域减小,空气侧流阻增加幅度较大;圆形通道与跑道形通道的靶面温度略低于矩形通道,但通道的流动阻力远小于后者。将燃油通道设置在射流孔板内部,形成油冷孔板结构,研究表明,与油冷平行肋隔板相比,油冷孔板的靶面平均温度有所提高,燃油的吸热比和燃油的出口温升低于前者。最后,对以上几种结构开展了实验研究,实验测量了冲击靶面温度,得到了综合换热和燃油相对冷却效率的结果,并与数值模拟的结果进行了对比分析,初步讨论了冷却结构以及工况对高热流壁面冷却的影响。

关键词：阵列射流冲击扰流柱燃油冷却组合冷却强化换热半封闭通道

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临近空间飞行器发汗冷却研究进展

推进技术 2023年第1期44卷 1-15页

作者：栾芸贺菲王建华中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230026

发汗冷却是一种针对临近空间飞行器的冷却能力极强的主动热防护方式,本文通过对国内外大量相关文献进行调研,阐述了发汗冷却的作用机理及特点,归纳总结了近些年发汗冷却取得的研究进展,主要内容涵盖结构基体材料及冷却工质的选择、研究... 详细信息

发汗冷却是一种针对临近空间飞行器的冷却能力极强的主动热防护方式,本文通过对国内外大量相关文献进行调研,阐述了发汗冷却的作用机理及特点,归纳总结了近些年发汗冷却取得的研究进展,主要内容涵盖结构基体材料及冷却工质的选择、研究方法的发展以及相关的结构优化设计等,并展望了未来可能的研究方向。

关键词：临近空间飞行器主动冷却发汗冷却结构优化组合冷却综述

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高超声速飞行器前缘发散冷却特性研究

高超声速飞行器前缘发散冷却特性研究

作者：庙智超中南大学

学位级别：硕士

本文以高超声速飞行器前缘为研究对象,在发散冷却基础上结合气膜冷却,并验证了气膜-发散组合冷却的效果。采用经过充分验证的数值模型,分析了主要因素对前缘气膜-发散组合冷却特性的影响,为前缘气膜/发散组合冷却结构的应用提供了参考... 详细信息

本文以高超声速飞行器前缘为研究对象,在发散冷却基础上结合气膜冷却,并验证了气膜-发散组合冷却的效果。采用经过充分验证的数值模型,分析了主要因素对前缘气膜-发散组合冷却特性的影响,为前缘气膜/发散组合冷却结构的应用提供了参考。主要内容如下:首先,对高超声速飞行器前缘气膜冷却、前缘发散冷却以及前缘组合冷却的冷却效果进行了对比。结果表明,三者中前缘气膜-发散组合冷却结构的冷却剂消耗量最少、冷却效果最优。其次,分别在定质量流量和定流速的情况下,研究了不同冷却剂下组合冷却结构的冷却效果。结果表明,控制冷却剂质量流量一定时,低密度的H和He冷却剂效果更好。控制冷却剂流速一定时,密度大,比热容大的冷却剂的冷却效果最好。然后,研究了来流攻角为0°、4°和12°时对组合冷却效果的影响,分析了对称和非对称前缘构型下改变楔角对组合冷却效果的影响。结果表明,攻角的出现使前缘模型上下半段的温差增大,上下壁面的温差最高可达639.2 K,攻角的改变通过影响外壁面压力的分布来影响结构中冷却剂的流量分配。增大前缘上楔角会使冷却剂向多孔介质下游输运的距离减小,外壁面温度与上楔角之间呈现近似线性增长的趋势。最后,研究了改变飞行马赫数和飞行高度时,为实现良好冷却效果时组合冷却结构的冷却消耗量。结果表明,飞行高度为30 km时,以Ma8及以下的速度飞行,采用0.005 kg/s的冷却剂注射量即可为本文采用的前缘模型提供有效的热防护。当飞行马赫数为6时,飞行高度从25 km变化到40 km过程中,0.005 kg/s的冷却剂注射量同样可以满足防热需求。图88幅,表11个,参考文献87篇。

关键词：高超声速飞行器发散冷却气膜冷却组合冷却冷却剂前缘外形主流参数

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多功能热轧实验机组设计及应用

实验技术与管理 2021年第9期38卷 101-104,109页

作者：杨红李建平牛文勇高扬东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

为了模拟中厚板生产线的生产状态,方便从事金属材料加工工艺研究的科研人员在实验室就能进行中厚板生产工艺、产品组织性能分析及钢种开发等研究,开发了一套集加热、轧制和控制冷却于一体的多功能热轧实验机组。轧机具备轧辊加热和异步... 详细信息

为了模拟中厚板生产线的生产状态,方便从事金属材料加工工艺研究的科研人员在实验室就能进行中厚板生产工艺、产品组织性能分析及钢种开发等研究,开发了一套集加热、轧制和控制冷却于一体的多功能热轧实验机组。轧机具备轧辊加热和异步轧制等特殊功能,其冷却系统具备超快冷、层流冷却和气雾冷却多种组合冷却方式。该文介绍了热轧实验机组的主要设备和控制系统设计,通过实际应用例子说明了实验工艺向生产工艺转化的过程,体现了热轧实验机组对从事金属材料研究的科研工作者的重要应用价值。该实验机组已在国内高校和钢铁企业研究院等十几个单位获得推广应用。

关键词：多功能热轧组合冷却实验机组

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空冷与水冷的混合冷却方式及分析

电站辅机 2017年第4期38卷 15-18,49页

作者：王静张英器杭州汽轮辅机有限公司浙江杭州310022 武警水电二总队四支队一中队江西南昌330103

冷却汽轮机的乏汽有2种冷凝方式,可分为空气冷却和循环水冷却。采用空冷方式时,空冷设备的体积庞大,结构复杂,成本高,而水冷设备的体积小,成本低,但相应的运行费用较贵。现提出了新型的混合冷却技术方案,以空冷为主,水冷为辅。通过分析... 详细信息

冷却汽轮机的乏汽有2种冷凝方式,可分为空气冷却和循环水冷却。采用空冷方式时,空冷设备的体积庞大,结构复杂,成本高,而水冷设备的体积小,成本低,但相应的运行费用较贵。现提出了新型的混合冷却技术方案,以空冷为主,水冷为辅。通过分析,确定了空冷器的最佳温度设计值,得到了混合冷却方案中最为经济的运行方式。

关键词：空冷水冷组合冷却混合方式技术方案成本分析