燒結(jié)多孔介質(zhì)材料發(fā)汗冷卻的研究.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，近空間、長航時(shí)、高超聲速飛行器的研究成為熱點(diǎn)。高超聲速飛行器的工作熱環(huán)境極其惡劣，如推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)燃燒導(dǎo)致的超高溫環(huán)境，在近空間飛行時(shí)飛行器前緣面臨的極高氣動(dòng)熱。因此，發(fā)汗冷卻作為一種最有效的主動(dòng)熱防護(hù)技術(shù)成為航空航天領(lǐng)域的熱門課題。
　　 在無冷卻介質(zhì)相變的發(fā)汗冷卻中，以空氣作為冷卻介質(zhì)，采用紅外測溫的方法，分別對不銹鋼和金屬-陶瓷燒結(jié)多孔平板試驗(yàn)件的發(fā)汗冷卻特性開展實(shí)驗(yàn)研究。在不銹鋼多孔平板在低溫下發(fā)

2、汗冷卻實(shí)驗(yàn)中，通過對沿主流方向的下游溫度的測量，分析了冷卻介質(zhì)邊界層沿著主流方向的發(fā)展規(guī)律；在金屬-陶瓷多孔平板的高溫發(fā)汗冷卻實(shí)驗(yàn)中，通過對平板熱端面的溫度測量，給出了沿主流方向溫度的發(fā)展規(guī)律，并分析了主流工況、冷卻流的注入率對于平板發(fā)汗冷卻效率的影響規(guī)律。
　　 為研究非均質(zhì)多孔介質(zhì)的滲透特性，以燒結(jié)多孔介質(zhì)為實(shí)驗(yàn)基體，分別以純凈的空氣、水和乙醇作為流通介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)研究流體穿過多孔介質(zhì)平板的驅(qū)動(dòng)力與其運(yùn)動(dòng)特性之間的關(guān)系，分析非均

3、質(zhì)多孔介質(zhì)在單相流狀態(tài)下的滲透特性，并重點(diǎn)展示和研究了三種非達(dá)西現(xiàn)象，通過對經(jīng)典滲透率公式擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差分析，提出完善達(dá)西公式的建議。
　　 液態(tài)冷卻介質(zhì)具有高相變潛熱、存儲(chǔ)空間小、輸送代價(jià)低的特點(diǎn)，開展具有液體冷卻工質(zhì)相變的發(fā)汗冷卻基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)主流參數(shù)的變化，通過調(diào)節(jié)冷卻水的注射量將相變位置控制在燒結(jié)多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，研究高溫氣流橫掠燒結(jié)多孔介質(zhì)平板結(jié)構(gòu)時(shí)的發(fā)汗冷卻特性。探討了具有相變發(fā)汗冷卻的力學(xué)特性，分析了受毛細(xì)

4、力影響的驅(qū)動(dòng)壓力降不同于常溫下的變化規(guī)律；在考量相變發(fā)汗冷卻效果時(shí)，引入平板表面的冷卻效率作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析了熱流密度對冷卻效率的影響規(guī)律。
　　 在相變發(fā)汗冷卻基礎(chǔ)問題實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，模擬真實(shí)工況，在主流馬赫數(shù)2.19，總壓0.14Mpa，熱流密度1.4MW/m2電弧加熱風(fēng)洞中，以水為發(fā)汗冷卻工質(zhì)，開展燒結(jié)多孔介質(zhì)平板的相變發(fā)汗冷卻模擬實(shí)驗(yàn)研究，討論發(fā)汗冷卻過程出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象時(shí)，冷卻水的溫度、平板底溫以及腔內(nèi)壓降的相互作用