《火箭發動機熱防護技術》是2016年11月北京航空航天大學出版社出版的圖書，作者是孫冰、張建偉。
基本介紹
- 書名：火箭發動機熱防護技術
- 作者：孫冰、張建偉
- ISBN：9787512422339
- 頁數：258頁
- 定價：46元
- 出版社：北京航空航天大學出版社
- 出版時間：2016年11月
- 裝幀：平裝
- 開本：16開
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書從火箭發動機熱防護技術的基本概念和基本理論出發,詳細、系統地介紹了不同的火箭發動機熱防護方式以及相應的計算模型和計算方法。全書共分為5章,包括:緒論、再生冷卻、膜冷卻、發汗冷卻和燒蝕熱防護,並通過典型的計算算例分析,理論結合實際,反映了當前火箭發動機熱防護領域的新技術和新成就。
本書可作為高等院校航天推進專業的教材,也可供從事火箭發動機熱防護研究和設計的工程技術人員參考。
圖書目錄
第1章 緒 論…………………………………………………………………………………… 1
1.1 火箭發動機熱環境及特點……………………………………………………………… 1
1.2 火箭發動機常用的熱防護方法………………………………………………………… 3
1.2.1 再生冷卻…………………………………………………………………………… 4
1.2.2 膜冷卻……………………………………………………………………………… 6
1.2.3 發汗冷卻…………………………………………………………………………… 7
1.2.4 燒蝕冷卻…………………………………………………………………………… 7
1.2.5 輻射冷卻…………………………………………………………………………… 8
1.2.6 熱沉冷卻…………………………………………………………………………… 9
1.2.7 排放冷卻…………………………………………………………………………… 9
第2章 再生冷卻……………………………………………………………………………… 11
2.1 概 述…………………………………………………………………………………… 11
2.1.1 再生冷卻的原理…………………………………………………………………… 11
2.1.2 再生冷卻的優缺點………………………………………………………………… 13
2.1.3 再生冷卻的發展歷程……………………………………………………………… 13
2.1.4 再生冷卻的套用…………………………………………………………………… 14
2.2 再生冷卻的結構及設計………………………………………………………………… 15
2.2.1 再生冷卻的結構形式……………………………………………………………… 15
2.2.2 再生冷卻的結構設計準則及設計方法…………………………………………… 16
2.2.3 再生冷卻的結構最佳化設計………………………………………………………… 19
2.3 冷卻劑參數的計算……………………………………………………………………… 23
2.3.1 密度的計算………………………………………………………………………… 24
2.3.2 比定壓熱容的計算………………………………………………………………… 25
2.3.3 導熱係數的計算…………………………………………………………………… 25
2.3.4 粘度的計算………………………………………………………………………… 26
2.4 冷卻劑流動模型………………………………………………………………………… 28
2.4.1 模型概述…………………………………………………………………………… 28
2.4.2 LVEL模型………………………………………………………………………… 29
2.4.3 Baldwin Lomax模型…………………………………………………………… 30
2.4.4 k ε 模型………………………………………………………………………… 31
2.4.5 冷卻通道中的壓降………………………………………………………………… 33
2.5 再生冷卻傳熱的計算…………………………………………………………………… 33
2.5.1 燃氣側對流換熱的計算…………………………………………………………… 34
2.5.2 燃氣側輻射換熱的計算…………………………………………………………… 38
2.5.3 冷卻通道對流換熱的計算………………………………………………………… 42
2.5.4 壁面溫度場的計算………………………………………………………………… 45
2.6 再生冷卻多場耦合的計算……………………………………………………………… 45
2.6.1 一維耦合傳熱的計算……………………………………………………………… 46
2.6.2 二維耦合傳熱的計算……………………………………………………………… 46
2.6.3 三維耦合傳熱的計算……………………………………………………………… 48
2.6.4 計算實例…………………………………………………………………………… 54
2.6.5 再生冷卻的影響因素……………………………………………………………… 55
2.7 室壁強度分析及壽命預估……………………………………………………………… 66
2.7.1 結構非線性分析…………………………………………………………………… 68
2.7.2 壽命預估…………………………………………………………………………… 75
2.8 本章小結………………………………………………………………………………… 79
參考文獻……………………………………………………………………………………… 79
第3章 膜冷卻………………………………………………………………………………… 84
3.1 概 述…………………………………………………………………………………… 84
3.1.1 膜冷卻的原理……………………………………………………………………… 84
3.1.2 膜冷卻的分類……………………………………………………………………… 85
3.1.3 膜冷卻的優缺點…………………………………………………………………… 87
3.1.4 膜冷卻的發展歷程………………………………………………………………… 88
3.1.5 膜冷卻的套用……………………………………………………………………… 90
3.2 膜冷卻的結構…………………………………………………………………………… 94
3.2.1 冷卻劑的噴入結構形式…………………………………………………………… 94
3.2.2 冷卻劑的射流結構………………………………………………………………… 95
3.2.3 液膜冷卻的環帶設計……………………………………………………………… 96
3.3 氣膜冷卻理論…………………………………………………………………………… 99
3.3.1 氣膜冷卻的效果………………………………………………………………… 100
3.3.2 氣膜冷卻的影響因素…………………………………………………………… 101
3.3.3 超聲速氣膜冷卻………………………………………………………………… 104
3.4 氣膜冷卻模型及計算方法…………………………………………………………… 107
3.4.1 計算模型………………………………………………………………………… 107
3.4.2 傳熱過程………………………………………………………………………… 108
3.4.3 氣膜冷卻經驗公式……………………………………………………………… 110
3.4.4 一維計算方法…………………………………………………………………… 112
3.5 液膜冷卻理論………………………………………………………………………… 113
3.5.1 液膜冷卻的影響因素…………………………………………………………… 114
3.5.2 液膜冷卻的傳質傳熱過程……………………………………………………… 116
3.5.3 液膜長度的計算………………………………………………………………… 120
3.5.4 近壁燃氣混合比的計算………………………………………………………… 123
3.5.5 超臨界液膜冷卻………………………………………………………………… 126
3.6 液膜冷卻的數值計算………………………………………………………………… 131
3.6.1 模型及格線劃分………………………………………………………………… 132
3.6.2 控制方程………………………………………………………………………… 132
3.6.3 邊界條件及假設………………………………………………………………… 133
3.6.4 計算實例………………………………………………………………………… 134
3.7 液膜再生複合冷卻技術……………………………………………………………… 136
3.7.1 液膜再生複合冷卻概述………………………………………………………… 136
3.7.2 液膜再生複合冷卻傳熱過程…………………………………………………… 137
3.7.3 液膜再生複合冷卻數值計算方法……………………………………………… 138
3.8 本章小結……………………………………………………………………………… 143
參考文獻……………………………………………………………………………………… 143
第4章 發汗冷卻……………………………………………………………………………… 147
4.1 概 述………………………………………………………………………………… 147
4.1.1 發汗冷卻的原理………………………………………………………………… 147
4.1.2 發汗冷卻和膜冷卻的區別……………………………………………………… 150
4.1.3 發汗冷卻的優缺點……………………………………………………………… 150
4.1.4 發汗冷卻的發展歷程…………………………………………………………… 152
4.1.5 發汗冷卻的套用………………………………………………………………… 154
4.2 發汗冷卻材料………………………………………………………………………… 158
4.2.1 自發汗冷卻材料………………………………………………………………… 158
4.2.2 強迫發汗冷卻材料……………………………………………………………… 161
4.3 發汗冷卻的結構形式及特點………………………………………………………… 164
4.3.1 層板發汗冷卻的結構…………………………………………………………… 164
4.3.2 多孔發汗冷卻的結構…………………………………………………………… 167
4.4 層板發汗冷卻的理論和模型………………………………………………………… 168
4.4.1 層板發汗冷卻的機理…………………………………………………………… 169
4.4.2 層板發汗冷卻的模型…………………………………………………………… 170
4.4.3 離散方法………………………………………………………………………… 175
4.4.4 經驗公式………………………………………………………………………… 177
4.5 多孔發汗冷卻的理論和模型………………………………………………………… 180
4.5.1 多孔發汗冷卻的機理…………………………………………………………… 180
4.5.2 多孔發汗冷卻的模型…………………………………………………………… 182
4.5.3 經驗公式………………………………………………………………………… 187
4.6 發汗冷卻的計算……………………………………………………………………… 189
4.6.1 冷卻通道內流動換熱特性的研究……………………………………………… 189
4.6.2 層板發汗推力室燃氣流動與壁溫特性的研究………………………………… 192
4.6.3 二維發汗冷卻流場的計算……………………………………………………… 194
4.7 本章小結……………………………………………………………………………… 198
參考文獻……………………………………………………………………………………… 199
第5章 燒蝕熱防護…………………………………………………………………………… 203
5.1 概 述………………………………………………………………………………… 203
5.1.1 燒蝕熱防護的原理……………………………………………………………… 203
5.1.2 燒蝕熱防護的發展史…………………………………………………………… 203
5.1.3 燒蝕熱防護的優缺點…………………………………………………………… 204
5.1.4 燒蝕熱防護的套用……………………………………………………………… 204
5.2 燒蝕材料……………………………………………………………………………… 205
5.2.1 熔化型燒蝕材料………………………………………………………………… 206
5.2.2 升華型燒蝕材料………………………………………………………………… 207
5.2.3 碳化複合材料…………………………………………………………………… 209
5.2.4 新型燒蝕材料…………………………………………………………………… 211
5.3 燒蝕機理……………………………………………………………………………… 217
5.3.1 矽基複合材料的燒蝕機理……………………………………………………… 217
5.3.2 C/C複合材料的燒蝕機理……………………………………………………… 218
5.3.3 C/SiC複合材料的氧化過程及機理…………………………………………… 218
5.3.4 碳化複合材料的燒蝕機理……………………………………………………… 224
5.3.5 機械剝蝕的機理………………………………………………………………… 226
5.4 燒蝕熱防護的計算…………………………………………………………………… 227
5.4.1 C/C材料燒蝕過程的計算……………………………………………………… 227
5.4.2 C/SiC複合材料燒蝕的計算…………………………………………………… 231
5.4.3 碳化材料燒蝕過程的計算……………………………………………………… 239
5.4.4 燒蝕邊界與動格線處理………………………………………………………… 257
5.5 本章小結……………………………………………………………………………… 258
參考文獻……………………………………………………………………………………… 258
