热防护设计中的气固非均相反应模型
发布时间：2021-05-20 16:08
气固界面非均相反应模型是高超声速飞行器热防护设计的理论基础,为了有效解决高超声速传热传质问题,从上个世纪50年代开始,融合气体动力学、热力学、热化学、分子运动论、量子理论和统计力学,逐步形成气动热力学理论,为开展该问题的研究提供了理论基础。但对于高焓流动与防热材料性能耦合传热传质研究中,气固非均相反应模型、表征关系以及工程应用等方面的理论基础非常薄弱,只能通过大量、但又无法完全模拟飞行环境的地面模拟试验开展研究。能否完善和建立气固非均相反应模型、表征关系和工程应用评估方法,是当前新一代高超声速飞行器防热设计中亟需解决的关键理论和工程问题之一。本文针对当前气固非均相反应研究中面临的理论模型缺陷、活化能和指前因子依赖大量试验数据、化学非平衡效应带来的模型局限性以及主/被动氧化和挥发分解等多项耦合问题,开展以下几方面的研究:开展了高温气体化学反应模型研究,在工程精度允许的条件下,建立了基于4组元和7组元化学模型的地球/火星大气混合物的使用约束条件,推导出各自化学模型下的气体混合物能量传输简化方程,为高超声速飞行器热防护设计中热环境参数的快速、有效确定提供了可靠的化学模型。基于经典无限大不可压...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
物理量名称及符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 热防护技术现状及难题
1.2.1 热防护技术现状
1.2.2 热防护设计面临的主要问题
1.3 气固非均相反应研究的必要性
1.3.1 模型的理论缺乏封闭性
1.3.2 化学非平衡特有现象
1.3.3 多类气固非均相反应耦合
1.4 本文研究内容
第2章 高温气体化学反应模型
2.1 引言
2.2 高温气体化学反应模型简化约束条件
2.2.1 高温化学反应气体能量构成
2.2.2 化学反应气体混合物能量组成及传输
2.2.3 理想离解气体约束条件
2.3 高温空气化学反应模型简化
2.3.1 化学模型简化对能量和质量影响
2.3.2 理想离解空气混合物
2.4 高温火星气体化学反应模型简化
2.4.1 化学模型简化对能量和质量影响
2.4.2 理想离解火星气体混合物
2.5 本章小结
第3章 离解层流边界层传热模型
3.1 引言
3.2 离解层流边界层特征及控制方程
3.2.1 边界层特征
3.2.2 边界层控制方程
3.2.3 表面传热方程
3.2.4 特殊情形边界层常微分方程及解
3.3 离解火星大气中二维钝头旋成体驻点对流传热
3.3.1 比拟解
3.3.2 未知参数确定
3.3.3 驻点对流传热公式
3.4 离解火星大气驻点对流传热公式验证
3.4.1 验证方法
3.4.2 低焓条件验证
3.4.3 高焓条件验证
3.5 本章小结
第4章 气固非均相反应模型
4.1 引言
4.2 气固非均相反应速率与几率关系
4.2.1 反应位置、过程设定
4.2.2 反应几率与速率关系
4.3 气固非均相反应模型
4.3.1 边界层传质与反应几率关系
4.3.2 反应几率表征模型
4.4 气固非均相反应模型表征关系确定
4.4.1 实验数据处理简述
4.4.2 气固非均相反应活化能确定假设
4.5 气固非均相反应传质对气相质量影响关系
4.5.1 Couette流控制方程及其边界条件
4.5.2 气固非均相反应对流-扩散传质方程
4.5.3 气固非均相反应传质与气相元素质量比数关系
4.6 气固非均相传质对传热影响关系
4.6.1 表面传热模型
4.6.2 传质因子与传热系数关系
4.7 本章小结
第5章 气固非均相原子催化复合反应模型验证
5.1 引言
5.2 气固非均相原子催化复合模型验证
5.2.1 原子催化复合几率确定
5.2.2 原子非均相催化复合模型验证
5.3 热环境参数对原子催化复合扩散热流影响
5.3.1 化学非平衡驻点边界层传热影响参数分析
5.3.2 离解焓与催化反应速率耦合对驻点热流影响
5.3.3 地面环境与飞行环境之间的差异
5.3.4 地面模拟参数选取
5.4 本章小结
第6章 活化能及碳的氮化/催化耦合反应模型验证
6.1 引言
6.2 气固非均相反应活化能确定及验证
6.2.1 石墨表面非均相反应活化能确定
6.2.2 固相SiC表面非均相氧化反应
6.2.3 固相ZrB2表面非均相氧化反应
6.2.4 气固界面非均相反应活化能验证
6.3 化学冻结边界层的构造及数据解释方法
6.3.1 离解化学非平衡边界层传热近似模型
6.3.2 石墨表面N原子催化/氮化反应数据解释
6.4 试验测试
6.4.1 试验设备
6.4.2 流场热环境参数确定
6.4.3 试样表面参数确定
6.4.4 试验状态及试验结果
6.4.4 结果及分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3198048
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
物理量名称及符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 热防护技术现状及难题
1.2.1 热防护技术现状
1.2.2 热防护设计面临的主要问题
1.3 气固非均相反应研究的必要性
1.3.1 模型的理论缺乏封闭性
1.3.2 化学非平衡特有现象
1.3.3 多类气固非均相反应耦合
1.4 本文研究内容
第2章 高温气体化学反应模型
2.1 引言
2.2 高温气体化学反应模型简化约束条件
2.2.1 高温化学反应气体能量构成
2.2.2 化学反应气体混合物能量组成及传输
2.2.3 理想离解气体约束条件
2.3 高温空气化学反应模型简化
2.3.1 化学模型简化对能量和质量影响
2.3.2 理想离解空气混合物
2.4 高温火星气体化学反应模型简化
2.4.1 化学模型简化对能量和质量影响
2.4.2 理想离解火星气体混合物
2.5 本章小结
第3章 离解层流边界层传热模型
3.1 引言
3.2 离解层流边界层特征及控制方程
3.2.1 边界层特征
3.2.2 边界层控制方程
3.2.3 表面传热方程
3.2.4 特殊情形边界层常微分方程及解
3.3 离解火星大气中二维钝头旋成体驻点对流传热
3.3.1 比拟解
3.3.2 未知参数确定
3.3.3 驻点对流传热公式
3.4 离解火星大气驻点对流传热公式验证
3.4.1 验证方法
3.4.2 低焓条件验证
3.4.3 高焓条件验证
3.5 本章小结
第4章 气固非均相反应模型
4.1 引言
4.2 气固非均相反应速率与几率关系
4.2.1 反应位置、过程设定
4.2.2 反应几率与速率关系
4.3 气固非均相反应模型
4.3.1 边界层传质与反应几率关系
4.3.2 反应几率表征模型
4.4 气固非均相反应模型表征关系确定
4.4.1 实验数据处理简述
4.4.2 气固非均相反应活化能确定假设
4.5 气固非均相反应传质对气相质量影响关系
4.5.1 Couette流控制方程及其边界条件
4.5.2 气固非均相反应对流-扩散传质方程
4.5.3 气固非均相反应传质与气相元素质量比数关系
4.6 气固非均相传质对传热影响关系
4.6.1 表面传热模型
4.6.2 传质因子与传热系数关系
4.7 本章小结
第5章 气固非均相原子催化复合反应模型验证
5.1 引言
5.2 气固非均相原子催化复合模型验证
5.2.1 原子催化复合几率确定
5.2.2 原子非均相催化复合模型验证
5.3 热环境参数对原子催化复合扩散热流影响
5.3.1 化学非平衡驻点边界层传热影响参数分析
5.3.2 离解焓与催化反应速率耦合对驻点热流影响
5.3.3 地面环境与飞行环境之间的差异
5.3.4 地面模拟参数选取
5.4 本章小结
第6章 活化能及碳的氮化/催化耦合反应模型验证
6.1 引言
6.2 气固非均相反应活化能确定及验证
6.2.1 石墨表面非均相反应活化能确定
6.2.2 固相SiC表面非均相氧化反应
6.2.3 固相ZrB2表面非均相氧化反应
6.2.4 气固界面非均相反应活化能验证
6.3 化学冻结边界层的构造及数据解释方法
6.3.1 离解化学非平衡边界层传热近似模型
6.3.2 石墨表面N原子催化/氮化反应数据解释
6.4 试验测试
6.4.1 试验设备
6.4.2 流场热环境参数确定
6.4.3 试样表面参数确定
6.4.4 试验状态及试验结果
6.4.4 结果及分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3198048
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