《基於高溫熱管的新型防熱結構複合傳熱特性研究》是依託中國空氣動力研究與發展中心，由肖光明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於高溫熱管的新型防熱結構複合傳熱特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：肖光明
- 依託單位：中國空氣動力研究與發展中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對基於高溫熱管的新型防熱結構在飛行器熱防護系統套用研究中面臨的主要問題，擬開展基於高溫熱管的防熱結構複合傳熱特性的研究。通過開展高溫熱管內部傳熱傳質特性研究、高溫熱管與外層防熱結構的複合傳熱特性預測方法研究，以及基於高溫熱管的防熱結構熱防護性能的影響因素及作用規律研究，旨在揭示其實現飛行器局部高熱流區有效冷卻的原理和機制，闡明其熱防護性能的影響因素及作用規律，通過建立基於高溫熱管的防熱結構複合傳熱特性預測方法，為新型防熱結構的設計和最佳化提供理論依據，為保障高超聲速飛行器局部高熱流區的結構安全、突破飛行器局部熱防護技術瓶頸建立基礎。
結題摘要
近年來，疏導式防熱結構作為突破高超聲速飛行器局部熱防護瓶頸的一種有效手段，受到了國內外研究者們的廣泛關注。但由於相對於傳統防熱結構的複雜性，疏導式防熱結構在高超聲速飛行器熱防護系統的套用研究中，仍面臨著多相複合傳熱分析方法缺乏、結構防熱機理及其影響因素認識不夠深入等問題，從而影響了該技術的工程化套用進程。針對上述問題，本文開展了典型疏導式防熱結構內部汽、固、液相共存條件下的傳熱特性研究，建立了多相複合的三維熱回響數值計算方法，並基於所建方法對疏導式防熱結構防熱性能的主要影響因素及其作用規律開展了研究。 本文首先以基於高溫熱管的典型疏導式防熱結構為對象，針對結構表面輻射、內部導熱、對流及相變多機制耦合的特點，套用傳熱學、熱力學及流體力學的相關理論，開展了疏導式防熱結構內部的耦合傳熱機理及傳熱計算方法研究。其中，基於潛熱線性逐步釋放的假設，引入了控制容積熔化係數以實現導熱與熔化過程耦合的分析方法；基於Cotter理論，提出了一種基於溫度加權的均勻化邊界處理方法以實現導熱與蒸發/凝結換熱耦合的分析方法；基於分子平均自由程的Maxwell理論及“平面前鋒”推進的思想，建立了導熱與稀薄-連續流過渡耦合的傳熱分析方法；並發展了考慮傳熱極限影響的傳熱修正分析方法。 在上述分析方法的基礎上，本文重點開展了疏導式防熱結構的熱回響特性分析，獲得了加熱條件、冷凝條件、結構前緣尺寸、熱管內徑、長度及間距等因素對疏導式防熱結構防熱性能的影響規律，並研究了疏導式防熱結構展向熱管設計及主動冷卻設計等對其防熱性能的改善作用。 本文的研究一方面建立了疏導熱式防熱結構內部複雜傳熱過程的數值模擬技術，形成了從高溫熱管啟動到穩定工作狀態全過程的三維熱回響分析手段；另一方面則較為系統地研究了疏導式防熱結構的熱防護機理，獲得了其防熱性能的主要影響因素及其作用規律。相關成果將為疏導式防熱結構設計、最佳化及性能評估提供理論依據和技術支撐。
