發(fā)布時間：2021-06-05 19:53

　　飛行器在高空高速巡航的工況下,飛行器蒙皮外表面產(chǎn)生的氣動熱較大。隨著紅外探測技術(shù)不斷提高,探測感知的紅外信號分辨能力不斷提升,其探測距離、識別距離、鑒別距離都有了長足進步,飛行器為實現(xiàn)紅外隱身,通過降低蒙皮發(fā)射率的方式,依舊難以逃過紅外探測設(shè)備的監(jiān)測。故而人們考慮通過降低蒙皮溫度,使其達到與環(huán)境溫度相同的狀態(tài),以實現(xiàn)背景融合。本文根據(jù)上述背景中大面積、快速響應(yīng)、穩(wěn)定時間長的冷卻需求,結(jié)合噴霧冷卻機理及兩相流動機理、加熱機理、測量系統(tǒng)原理,設(shè)計并搭建了輕質(zhì)薄殼結(jié)構(gòu)大面積噴霧冷卻實驗臺,展開不同熱流、不同溫區(qū)的邊界條件下大面積輕質(zhì)薄殼結(jié)構(gòu)加熱面的溫度響應(yīng)測量及分析實驗。本文的主要工作如下:首先分析了噴霧冷卻霧化過程及液滴、液膜與壁面的相互作用機理,闡述了實驗段兩相流液體在管路中的流動與傳熱機理;分析了傳統(tǒng)加熱方式對快速響應(yīng)實驗提供熱流邊界的不足之處,進而闡明石英燈非接觸式加熱及電加熱片小熱容接觸式加熱原理;說明了熱電偶在輻射加熱過程中產(chǎn)生測量誤差的因素和紅外熱像儀測溫機理;剖析了實驗系統(tǒng)整體控制原理。為搭建輕質(zhì)薄殼結(jié)構(gòu)大面積噴霧冷卻實驗臺提供設(shè)計依據(jù)與理論基礎(chǔ)。其次根據(jù)設(shè)計原理對實驗系統(tǒng)的... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

噴霧冷卻換熱機理示意圖[6]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-2-1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析1.2.1噴霧冷卻換熱機理的研究現(xiàn)狀噴霧冷卻具有換熱能力強、冷卻過程溫差孝溫度均勻性高、工質(zhì)需求量少的特點[1,3-5]。本節(jié)按噴霧過程綜述了液滴蒸發(fā)、液滴撞擊壁面，液膜蒸發(fā)、強迫對流、表面核態(tài)沸騰、二次核化這幾種換熱機理。前兩個為起始階段，也是熱流密度由低到高的階段，其換熱熱流密度隨液滴從噴嘴到壁面到形成穩(wěn)定液膜熱流密度迅速上升，隨后開始下降至相較于其他換熱方式熱流密度仍比較高的水平。液膜蒸發(fā)、強迫對流為主要換熱機理貫穿噴霧冷卻的始終，后兩種機理為兩相換熱區(qū)，流體流動狀況比較復雜。圖1-1即為后四種換熱機理的示意圖。圖1-1噴霧冷卻換熱機理示意圖[6]（1）液滴蒸發(fā)液滴蒸發(fā)主要發(fā)生在噴霧腔低壓狀況及冷卻劑為低溫冷卻劑的情況下。圖1-2展示了噴霧腔低壓狀態(tài)下，液體從噴嘴噴出后迅速過熱的熱力學過程。過熱液體通過劇烈相變/蒸發(fā)形成爆炸性的閃蒸破碎霧化，快速釋放不穩(wěn)定的過熱能量，并形成霧化良好的氣液兩相。陳華[8]通過將液滴內(nèi)部溫度場視為非等溫狀態(tài)，考慮液滴內(nèi)部導熱與對流效應(yīng)，建立了有效熱導率模型并與實驗進行比對驗證，明確有效熱導率模型比等溫模型更能準確描述液滴閃蒸的過程，得出閃蒸過程對霧化液滴的直徑變化影響較小，但對其溫度變化影響大。圖1-2閃蒸噴霧熱力學過程示意圖[7]

隨著噴霧高度不斷增加，噴霧覆蓋面積大于實驗件面積而使冷卻劑實際與實驗件接觸流量變小，從而使得換熱能力先增大后減小，而隨著噴嘴孔徑的增大，換熱能力依舊是先增大后減校上述情況表明Este[22]指出大體積流量抑制了蒸發(fā)效率，使得單相區(qū)向兩相區(qū)轉(zhuǎn)變時熱流密度斜率變化不大；小體積流量下，單相區(qū)向兩相區(qū)轉(zhuǎn)變時熱流密度曲率變化更大，如圖1-4所示。1.2.2.2噴嘴與壁面位置關(guān)系的影響本小節(jié)綜述了噴嘴與壁面之間相互關(guān)系對噴霧冷卻換熱性能的影響，既包括壁面水平放置、垂直放置，也包括噴霧角度與壁面呈一定夾角，如圖1-3所示。圖1-3噴射傾角與噴霧錐角圖[23]

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]閃蒸及噴霧液滴特性對噴霧冷卻強化換熱的影響[D]. 陳華.中國科學技術(shù)大學 2018
[2]機載噴霧冷卻特性的實驗與研究[D]. 周年勇.南京航空航天大學 2016
[3]多噴嘴噴霧冷卻實驗研究與數(shù)值模擬[D]. 侯燕.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2014
[4]微槽表面噴霧冷卻換熱特性研究[D]. 張偉.中國石油大學（華東） 2013
[5]基于紅外熱像儀的溫度測量技術(shù)及其應(yīng)用研究[D]. 李云紅.哈爾濱工業(yè)大學 2010

碩士論文
[1]噴霧冷卻實驗裝置研制及多孔泡沫冷卻特性研究[D]. 苗宇芯.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]模糊PID溫度控制電路的仿真與實驗研究[D]. 信楠.吉林大學 2016
[3]高超聲速飛行器氣動熱和表面瞬態(tài)溫度計算研究[D]. 蔣友娣.上海交通大學 2008



本文編號：3212802