本文關(guān)鍵詞：超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)和傳熱調(diào)控特性的熱力學(xué)機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超材料微結(jié)構(gòu)以其超常物理性質(zhì)被應(yīng)用于人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或媒質(zhì)的多種領(lǐng)域,尤其是在水下減阻和戰(zhàn)略防御領(lǐng)域,依托其減阻和熱隱身特性更是具有極重要的戰(zhàn)略意義。近年來隨著現(xiàn)代精密儀器設(shè)備制造技術(shù)和微納米尺度材料制備技術(shù)的發(fā)展,超材料微結(jié)構(gòu)的研究日益深入,其流動(dòng)和傳熱的調(diào)控機(jī)理成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文構(gòu)建了超材料微結(jié)構(gòu)的流動(dòng)和傳熱模型,應(yīng)用FLUENT軟件展開數(shù)值模擬計(jì)算。根據(jù)熵產(chǎn)最小化理論和(火積)耗散極值理論,分別提出了減阻率和熱隱身率兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),來分別對(duì)其流動(dòng)減阻和熱隱身特性進(jìn)行熱力學(xué)評(píng)價(jià),在能量的轉(zhuǎn)移與利用角度對(duì)超材料微結(jié)構(gòu)的流動(dòng)和傳熱模型進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上,分別研究不同尺寸和不同工況下的超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)和傳熱特性,并最終討論了結(jié)構(gòu)尺寸、形狀及工況的影響規(guī)律。最后,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)超材料微結(jié)構(gòu)的流動(dòng)和傳熱模型結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了改進(jìn)。為分析超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)的減阻特性,以周期性微尺度溝槽結(jié)構(gòu)為基本模型,根據(jù)所選結(jié)構(gòu)及其工況,對(duì)微結(jié)構(gòu)以基礎(chǔ)的矩形和三角形橫截面為原始結(jié)構(gòu),分別構(gòu)建不同橫截面,不同尺寸參數(shù),不同雷諾數(shù)下典型周期性微結(jié)構(gòu)的流動(dòng)模型,展開數(shù)值模擬,應(yīng)用熵產(chǎn)理論進(jìn)行熱力學(xué)分析。結(jié)果表明:無論是齒形還是矩形截面微結(jié)構(gòu)都能夠起到較好的減阻效果,但齒形微尺度模型減阻效果更好些。隨雷諾數(shù)的增大,減阻率曲線趨勢(shì)呈拋物線形,即先增加后減小。對(duì)于矩形微結(jié)構(gòu),當(dāng)縱向高度比的增加時(shí),減阻率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。對(duì)于齒形微結(jié)構(gòu)隨著頂角角度的減小,減阻率逐漸增大。結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特性,分析超材料微結(jié)構(gòu)的減阻機(jī)理�；诔牧蠠犭[身斗篷結(jié)構(gòu),分別構(gòu)建分不同層數(shù),不同傳熱溫差的傳熱模型,并展開數(shù)值模擬,以分析超材料微結(jié)構(gòu)傳熱隱身特性。將所得數(shù)據(jù)利用(火積)耗散原理進(jìn)行熱隱身效果的分析,在能量的傳遞和耗散的角度對(duì)熱隱身機(jī)理進(jìn)行解釋。結(jié)果表明:當(dāng)傳熱進(jìn)行到30秒之后,熱隱身率隨層數(shù)的增加呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)熱隱身斗篷涂層為8層時(shí),熱隱身效果最好,當(dāng)熱隱身斗篷涂層為2層時(shí),熱隱身效果最差。在不同的傳熱溫差下,熱隱身斗篷結(jié)構(gòu)熱隱身率隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。傳熱溫差為60K時(shí),隱身效果最好,溫差為100K時(shí)隱身效果最差�；邶X形和矩形流動(dòng)模型,考慮到加工過程中的制造圓角與實(shí)際過程中的磨損,對(duì)微結(jié)構(gòu)的頂角及底角進(jìn)行磨損圓角改進(jìn),構(gòu)建模型并展開數(shù)值計(jì)算,利用減阻率對(duì)其減阻效果給出熱力學(xué)性能評(píng)判�；趫A環(huán)形的傳熱模型,針對(duì)高超聲速飛行器等制導(dǎo)設(shè)備中較為常見的梭形和導(dǎo)彈形結(jié)構(gòu),分別設(shè)計(jì)了上述形狀的熱隱身斗篷模型,并展開計(jì)算,利用熱隱身率對(duì)其熱隱身性能給出熱力學(xué)性能評(píng)判。該研究為不同情況下物體在流動(dòng)和熱隱身涂層的選擇及設(shè)計(jì)提供了參照依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：超材料微結(jié)構(gòu) 熱力學(xué)分析 流動(dòng)減阻 熱隱身 改進(jìn)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 物理量名稱及符號(hào)表8-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 課題來源及研究的背景和意義12-14
• 1.2.1 課題來源12
• 1.2.2 課題研究的背景和意義12-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外在超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)和傳熱調(diào)控方向的研究現(xiàn)狀14-21
• 1.3.1 超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)模型的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.2 超材料微結(jié)構(gòu)傳熱模型的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.3 熵產(chǎn)理論的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.4（火積）理論的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.5 本章小結(jié)22-23
• 第2章 超材料微結(jié)構(gòu)熱力學(xué)分析基礎(chǔ)理論23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 熵產(chǎn)分析方法23-27
• 2.2.1 熵產(chǎn)分析的基本描述23-24
• 2.2.2 超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)模型的熵產(chǎn)模型24-25
• 2.2.3 熵產(chǎn)形式的減阻率推導(dǎo)25-27
• 2.3（火積）分析方法27-30
• 2.3.1（火積）分析的基本描述27-28
• 2.3.2 超材料微結(jié)構(gòu)傳熱模型火積分析方法28-30
• 2.4 Fluent軟件中模型的設(shè)置30-33
• 2.4.1 引言30-31
• 2.4.2 模型簡(jiǎn)介31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第3章 超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)減阻計(jì)算35-48
• 3.1 引言35
• 3.2 周期性微結(jié)構(gòu)流動(dòng)模型構(gòu)建與網(wǎng)格劃分35-38
• 3.2.1 計(jì)算域的選取36-37
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分37-38
• 3.3 算例獨(dú)立性驗(yàn)證38-40
• 3.4 超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)模型減阻率的影響因素40-43
• 3.4.1 雷諾數(shù)對(duì)減阻率的影響40-41
• 3.4.2 微結(jié)構(gòu)形狀和尺寸比對(duì)減阻率的影響41-43
• 3.5 流動(dòng)減阻機(jī)理的熵產(chǎn)分析43-46
• 3.5.1 流場(chǎng)分析43-45
• 3.5.2 熵產(chǎn)分析45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 第4章 超材料微結(jié)構(gòu)傳熱計(jì)算48-67
• 4.1 前言48
• 4.2 超材料微結(jié)構(gòu)傳熱模型構(gòu)建48-51
• 4.3 超材料微結(jié)構(gòu)傳熱模型計(jì)算51-52
• 4.4 超材料微結(jié)構(gòu)傳熱模型熱力學(xué)分析52-59
• 4.5 超材料微結(jié)構(gòu)傳熱模型熱隱身效果影響因素59-65
• 4.5.1 層數(shù)對(duì)熱隱身率的影響60-63
• 4.5.2 溫差對(duì)熱隱身率的影響63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第5章 超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)和傳熱的改進(jìn)結(jié)構(gòu)67-79
• 5.1 引言67
• 5.2 超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)模型的改進(jìn)模型67-70
• 5.2.1.矩形磨損微結(jié)構(gòu)模型67-69
• 5.2.2 齒形微結(jié)構(gòu)模型69-70
• 5.3 熱隱身微結(jié)構(gòu)傳熱模型的改進(jìn)模型70-77
• 5.3.1.梭形熱隱身斗篷模型71-74
• 5.3.2.導(dǎo)彈型熱隱身斗篷模型74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-79
• 結(jié)論79-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87-89
• 致謝89

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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  本文關(guān)鍵詞：超材料微結(jié)構(gòu)流動(dòng)和傳熱調(diào)控特性的熱力學(xué)機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：277958