高超声速风洞带式电阻加热器强化换热数值研究

发布时间：2017-11-07 19:28

  本文关键词：高超声速风洞带式电阻加热器强化换热数值研究

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【摘要】：高超声速技术是近年来各国争相发展的技术领域,是国家综合实力的重要支撑。风洞试验是高超声速空气动力学研究的三大手段之一,也是高超声速飞行器地面气动数据的重要来源。常规高超声速风洞是在超声速风洞的基础上发展起来的,二者原理类似,主要差别在于常规高超声速风洞需给试验气体加热来防止气流冷凝。加热器设在稳定段前,按照加热方式的不同分为连续式加热器和蓄热式加热器。本文通过数值模拟的方法,对常规高超声速风洞连续式加热器中的带式电阻加热器强化换热手段开展研究。本文共五章,各章主要内容为:第一章为引言,简述了常规高超声速风洞和其加热技术,介绍了国内外高超声速风洞中加热器使用现状,提出了本文的主要研究内容。第二章介绍了本文所采用的数值计算方法。首先介绍了数值计算方法的整体思想,然后提出了流动与传热的控制方程,给出了有限体积法求解控制方程时的压力修正方法,介绍了k-ε及RNG k-ε湍流模型,以及靠近壁面处的采用的壁面函数法。第三章,带式电阻加热器内部流场的数值模拟研究。本文以中国空气动力研究与发展中心超高速所Ф0.5米常规高超声速风洞的带式电阻加热器为原型,简化后建立加热器三维基准模型,按照第二章的计算策略,在四个不同状态(M5,P=1MPa;M5,P=2MPa;M6,P=2MPa;M6,P=5MPa)下,分别进行了数值模拟,分析了加热器内部温度场、速度场、压力场、密度场。并与相同状态下,Ф0.5米常规高超声速风洞调试试验结果相比较,验证了数值模拟的正确性。在此基础上,分析了加热器内部流场和换热特性等随着不同流量、温度、压力三种入口参数的变化规律。第四章,探究加热器的强化换热手段。在分析工业用换热器强化换热研究的基础上,得出本文的强化换热综合评价标准PEC,提出了三种适合高超声速风洞带式电阻加热器的强化换热手段,分别为改变电阻带间距、加入折流板和电阻带叉排三种方式。重点分析了流向平面上的流动特征,建立了流向平面上的二维加热器模型。在二维模型中,对于三种不同强化换热手段进行了数值模拟计算。分析了各强化换热措施对内部流动与换热强度的影响,并采用PEC对三种强化手段的综合效果开展了全面评价,筛选出了最优换热手段。对择优选出的强化换热方法,开展了三维数值模拟研究,并与基准模型计算结果进行了对比,分析了其能够强化换热的原因。结果表明,电阻带叉排可以显著提高加热器的换热强度和流场品质。第五章为结束语,对本文的工作进行了总结归纳,介绍了下一阶段的研究方向。
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.74

【参考文献】

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本文编号：1153804