液態(tài)水發(fā)散冷卻的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、航空航天技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高度綜合的產(chǎn)物，而高超聲速飛行器作為未來飛行技術(shù)的發(fā)展方向，已經(jīng)成為各航空航天大國競相發(fā)展的重點(diǎn)戰(zhàn)略項(xiàng)目。隨之而來的極端熱環(huán)境，將導(dǎo)致飛行器的頭錐、前緣與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等部位面臨極高溫度的考驗(yàn)，這對于高超聲速飛行的熱防護(hù)提出了非常高的要求。液態(tài)水發(fā)散冷卻作為極具潛力的主動(dòng)熱防護(hù)技術(shù)，由于出色的冷卻效果，已經(jīng)成為高超聲速飛行器熱防護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　 本文的主要研究工作有:
　　 (1)采用31

2、6L不銹鋼粉末，使用模壓成形與固體燒結(jié)工藝，制作數(shù)種多孔材料。以去離子水作為流體介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)研究流體流量與驅(qū)動(dòng)壓力之間的關(guān)系;通過對比不同類型多孔平板的孔隙率與滲透率變化，得出了在相同工藝條件下，粉末基體顆粒與造孔劑顆粒規(guī)格的改變對孔隙率與滲透率的影響規(guī)律。
　　 (2)在亞聲速風(fēng)洞條件下，以液態(tài)水為冷卻介質(zhì)，采用自制多孔金屬材料制造平板實(shí)驗(yàn)件，實(shí)驗(yàn)研究了具有液體相變的發(fā)散冷卻特性。用遠(yuǎn)紅外熱像系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)平板熱端表面溫度分布，通

3、過熱電偶及壓力傳感器監(jiān)控冷卻腔內(nèi)溫度和壓力變化，從而分析液態(tài)水的相變過程。實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)了在一定工況下，冷卻劑流量對表面冷卻效率的影響;通過對平板熱端表面溫度分布的記錄，給出了沿主流方向表面冷卻效率的發(fā)展規(guī)律;并分析了不同主流工況、冷卻劑流量對于冷卻腔內(nèi)壓力變化的影響。
　　 (3)在亞聲速風(fēng)洞機(jī)理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過電弧風(fēng)洞模擬真實(shí)熱環(huán)境，在超聲速高溫環(huán)境下(馬赫數(shù)2.2、總溫2400K以及總焓2800kJ/kg)開展發(fā)散冷卻實(shí)驗(yàn)研究

4、。以燒結(jié)多孔金屬材料作為實(shí)驗(yàn)平板，液態(tài)水為冷卻介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液態(tài)水發(fā)散冷卻具有非常好的冷卻效果;綜合分析平板底面溫度與冷卻腔內(nèi)溫度變化，揭示了多孔介質(zhì)內(nèi)冷卻介質(zhì)相態(tài)的變化趨勢;并分析了在極端熱環(huán)境下，毛細(xì)力與冷卻腔內(nèi)壓力的相互作用機(jī)理;同時(shí)揭示了在發(fā)散冷卻實(shí)驗(yàn)前后，腔內(nèi)壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律。
　　 (4)在超聲速高溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境下(馬赫數(shù)2、總溫1400K、總壓300kPa以及總焓1400kJ/kg)，對楔形頭錐進(jìn)行了發(fā)散冷卻