基于液態(tài)氮冷卻方式的氣動加熱表面溫度分布數(shù)值研究.pdf

1、隨著紅外探測系統(tǒng)和制導(dǎo)武器的迅速發(fā)展,有效降低高速飛行器表面紅外輻射特性已成為日益關(guān)注的紅外隱身技術(shù)關(guān)鍵問題之一。由于飛行器蒙皮表面的溫度分布是影響飛行器紅外輻射特性的主要因素,因此開展飛行器蒙皮表面溫度分布及其控制技術(shù)的研究是十分必要的。
　　 本文的研究工作主要包括兩個方面:
　　 其一、通過分析控制飛行器蒙皮溫度場的傳熱過程,建立了包括蒙皮外部氣動加熱、輻射換熱與內(nèi)部對流換熱的瞬態(tài)耦合傳熱數(shù)學(xué)模型。引入壁面氣動熱流

2、函數(shù),將蒙皮外部氣動加熱條件轉(zhuǎn)化為浮動的熱邊界條件,對簡化的二維平板模型進行氣動加熱條件下的溫度場模擬計算,獲得了不同飛行狀況下表面的瞬態(tài)溫度響應(yīng),分析了相關(guān)因素的影響。研究結(jié)果表明:飛行器在水平加速與降速階段都存在明顯的感應(yīng)階段;不同的蒙皮內(nèi)表面冷卻條件對其外表面的溫度響應(yīng)過程有較明顯的影響。
　　 其二,以Fluent軟件為平臺,對液氮狹縫通道沸騰換熱和帶氣膜噴吹的液氮狹縫通道沸騰換熱進行數(shù)值研究,分析在不同工作條件和冷卻需

3、求下的換熱特性和冷卻效果。
　　 利用混合兩相流模型和Lemmon提出的液氮物性表達式,通過編寫用戶自定義程序(UDFs)實現(xiàn)對液氮物性和氣液相間傳輸項的模擬,從而對一側(cè)表面模擬氣動加熱熱流條件、另一側(cè)表面為絕熱條件的二維矩形狹縫通道內(nèi)的液氮流動換熱進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,利用液氮狹縫通道換熱可以實現(xiàn)氣動加熱表面的有效冷卻;冷卻通道沿程換熱效果隨著質(zhì)量流率的增大而提高;在單位表面積質(zhì)量流率一致的情況下,通道長度的增長有利于改善