溢流液膜厚度測量方法及冷卻機理研究

《溢流液膜厚度測量方法及冷卻機理研究》是依託中國科學院力學研究所，由苑朝凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：溢流液膜厚度測量方法及冷卻機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：苑朝凱
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

隨著高超聲速飛行器的發展，為滿足氣動力需求高升阻比氣動布局成為主流，進而導致氣動熱防護成為限制飛行器發展的瓶頸。傳統的被動與半被動冷卻方法不能滿足熱防護需求，需要結合主動冷卻提高防護能力。溢流液膜主動冷卻通過繞流氣體表面摩阻作用實現液膜的展布，其冷卻機理與發汗冷卻相似。然而這種方法大幅降低了對材料強度的要求以及冷卻液泵送系統的難度，更具有工程套用前景。溢流液膜冷卻過程伴隨著複雜的傳質、傳熱現象，厚度作為最基本的特徵參數，開展其測量方法的研究有助於揭示液膜形成條件，促進液膜冷卻機理研究，合理評價冷卻性能。因此對高超聲速氣流中幾十到幾百微米量級液膜厚度進行精確測量至關重要。本研究擬採用電導法的基本原理，發展液膜厚度測量方法，在此基礎上獲得冷卻液傳質、蒸發過程的特性，進而結合表面熱流、風洞流場參數，研究溢流液膜形成條件及防熱規律，為高超聲速飛行器熱防護提供一種新方法。

結題摘要

高超聲速溢流冷卻是一種新型的飛行器熱防護技術，液膜厚度作為最基本的參數，對研究液膜形成條件、冷卻機理及冷卻性能評估等方面具有重要的意義。本項目研究內容為：1）提出利用電導法測量高超聲速溢流液膜厚度。2）結合電磁學基本理論，對電導探頭的數值仿真方法進行了研究，確定了電導探頭的設計規則。3）研製了液膜厚度測量系統及附屬的探頭標定系統、冷卻液注入系統、時序控制等實驗系統，綜合利用液膜厚度測量裝置、紋影儀、熱流測量技術、高速攝影、數字圖像處理及時序控制技術，搭建了溢流冷卻風洞實驗平台。4）在高超聲速條件下，開展了典型外形模型的溢流冷卻實驗，測量得到了液膜厚度變化歷程，驗證了電導法測量溢流液膜厚度的可行性。結合液膜流動圖像和熱流數據，驗證了溢流冷卻套用於高超聲速飛行器熱防護的可行性，並對溢流液膜流動特性、液膜對飛行器流場結構的影響及液膜流動影響因素進行了詳細研究。