薄壳结构大面积喷雾相变冷却及低温温控研究
发布时间：2021-06-05 19:53
飞行器在高空高速巡航的工况下,飞行器蒙皮外表面产生的气动热较大。随着红外探测技术不断提高,探测感知的红外信号分辨能力不断提升,其探测距离、识别距离、鉴别距离都有了长足进步,飞行器为实现红外隐身,通过降低蒙皮发射率的方式,依旧难以逃过红外探测设备的监测。故而人们考虑通过降低蒙皮温度,使其达到与环境温度相同的状态,以实现背景融合。本文根据上述背景中大面积、快速响应、稳定时间长的冷却需求,结合喷雾冷却机理及两相流动机理、加热机理、测量系统原理,设计并搭建了轻质薄壳结构大面积喷雾冷却实验台,展开不同热流、不同温区的边界条件下大面积轻质薄壳结构加热面的温度响应测量及分析实验。本文的主要工作如下:首先分析了喷雾冷却雾化过程及液滴、液膜与壁面的相互作用机理,阐述了实验段两相流液体在管路中的流动与传热机理;分析了传统加热方式对快速响应实验提供热流边界的不足之处,进而阐明石英灯非接触式加热及电加热片小热容接触式加热原理;说明了热电偶在辐射加热过程中产生测量误差的因素和红外热像仪测温机理;剖析了实验系统整体控制原理。为搭建轻质薄壳结构大面积喷雾冷却实验台提供设计依据与理论基础。其次根据设计原理对实验系统的...
【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】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
喷雾冷却换热机理示意图[6]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-1.2国内外研究现状与分析1.2.1喷雾冷却换热机理的研究现状喷雾冷却具有换热能力强、冷却过程温差孝温度均匀性高、工质需求量少的特点[1,3-5]。本节按喷雾过程综述了液滴蒸发、液滴撞击壁面，液膜蒸发、强迫对流、表面核态沸腾、二次核化这几种换热机理。前两个为起始阶段，也是热流密度由低到高的阶段，其换热热流密度随液滴从喷嘴到壁面到形成稳定液膜热流密度迅速上升，随后开始下降至相较于其他换热方式热流密度仍比较高的水平。液膜蒸发、强迫对流为主要换热机理贯穿喷雾冷却的始终，后两种机理为两相换热区，流体流动状况比较复杂。图1-1即为后四种换热机理的示意图。图1-1喷雾冷却换热机理示意图[6]（1）液滴蒸发液滴蒸发主要发生在喷雾腔低压状况及冷却剂为低温冷却剂的情况下。图1-2展示了喷雾腔低压状态下，液体从喷嘴喷出后迅速过热的热力学过程。过热液体通过剧烈相变/蒸发形成爆炸性的闪蒸破碎雾化，快速释放不稳定的过热能量，并形成雾化良好的气液两相。陈华[8]通过将液滴内部温度场视为非等温状态，考虑液滴内部导热与对流效应，建立了有效热导率模型并与实验进行比对验证，明确有效热导率模型比等温模型更能准确描述液滴闪蒸的过程，得出闪蒸过程对雾化液滴的直径变化影响较小，但对其温度变化影响大。图1-2闪蒸喷雾热力学过程示意图[7]
随着喷雾高度不断增加，喷雾覆盖面积大于实验件面积而使冷却剂实际与实验件接触流量变小，从而使得换热能力先增大后减小，而随着喷嘴孔径的增大，换热能力依旧是先增大后减校上述情况表明Este[22]指出大体积流量抑制了蒸发效率，使得单相区向两相区转变时热流密度斜率变化不大；小体积流量下，单相区向两相区转变时热流密度曲率变化更大，如图1-4所示。1.2.2.2喷嘴与壁面位置关系的影响本小节综述了喷嘴与壁面之间相互关系对喷雾冷却换热性能的影响，既包括壁面水平放置、垂直放置，也包括喷雾角度与壁面呈一定夹角，如图1-3所示。图1-3喷射倾角与喷雾锥角图[23]
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷雾冷却液膜流动特性的数值分析[J]. 周年勇,王露,曹玉春,陈海飞. 能源工程. 2018(04)
[2]微槽道表面喷雾冷却的实验研究[J]. 黄龙,王瑜,蒋彦龙,刘欢. 制冷学报. 2018(04)
[3]制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却研究进展[J]. 陈斌,周致富,辛慧. 化工学报. 2018(01)
[4]石英灯阵热流分布规律计算与试验研究[J]. 朱言旦,曾磊,董威,杜雁霞,桂业伟. 宇航学报. 2017(10)
[5]喷雾冷却换热机理研究进展[J]. 张雨薇,刘妮,王可. 电子元件与材料. 2016(11)
[6]倾斜式喷雾冷却研究进展[J]. 李丽荣,刘妮,黄千卫. 制冷技术. 2015(04)
[7]R600a喷雾冷却系统换热过程[J]. 徐洪波,钱春潮,邵双全,田长青,司春强. 强激光与粒子束. 2015(07)
[8]铜基镍纳米锥表面喷雾冷却的实验研究[J]. 陈剑楠,张震,高雪峰,姜培学. 工程热物理学报. 2014(09)
[9]大冷量相变喷雾冷却的实验研究[J]. 刘秀芳,钟昕,李梦京,赵红利,侯予. 低温与超导. 2012(01)
[10]高超声速气动热环境工程算法[J]. 杨恺,高效伟. 导弹与航天运载技术. 2010(04)
博士论文
[1]闪蒸及喷雾液滴特性对喷雾冷却强化换热的影响[D]. 陈华.中国科学技术大学 2018
[2]机载喷雾冷却特性的实验与研究[D]. 周年勇.南京航空航天大学 2016
[3]多喷嘴喷雾冷却实验研究与数值模拟[D]. 侯燕.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
[4]微槽表面喷雾冷却换热特性研究[D]. 张伟.中国石油大学（华东） 2013
[5]基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究[D]. 李云红.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]喷雾冷却实验装置研制及多孔泡沫冷却特性研究[D]. 苗宇芯.哈尔滨工业大学 2019
[2]模糊PID温度控制电路的仿真与实验研究[D]. 信楠.吉林大学 2016
[3]高超声速飞行器气动热和表面瞬态温度计算研究[D]. 蒋友娣.上海交通大学 2008
本文编号：3212802
【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】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
喷雾冷却换热机理示意图[6]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-1.2国内外研究现状与分析1.2.1喷雾冷却换热机理的研究现状喷雾冷却具有换热能力强、冷却过程温差孝温度均匀性高、工质需求量少的特点[1,3-5]。本节按喷雾过程综述了液滴蒸发、液滴撞击壁面，液膜蒸发、强迫对流、表面核态沸腾、二次核化这几种换热机理。前两个为起始阶段，也是热流密度由低到高的阶段，其换热热流密度随液滴从喷嘴到壁面到形成稳定液膜热流密度迅速上升，随后开始下降至相较于其他换热方式热流密度仍比较高的水平。液膜蒸发、强迫对流为主要换热机理贯穿喷雾冷却的始终，后两种机理为两相换热区，流体流动状况比较复杂。图1-1即为后四种换热机理的示意图。图1-1喷雾冷却换热机理示意图[6]（1）液滴蒸发液滴蒸发主要发生在喷雾腔低压状况及冷却剂为低温冷却剂的情况下。图1-2展示了喷雾腔低压状态下，液体从喷嘴喷出后迅速过热的热力学过程。过热液体通过剧烈相变/蒸发形成爆炸性的闪蒸破碎雾化，快速释放不稳定的过热能量，并形成雾化良好的气液两相。陈华[8]通过将液滴内部温度场视为非等温状态，考虑液滴内部导热与对流效应，建立了有效热导率模型并与实验进行比对验证，明确有效热导率模型比等温模型更能准确描述液滴闪蒸的过程，得出闪蒸过程对雾化液滴的直径变化影响较小，但对其温度变化影响大。图1-2闪蒸喷雾热力学过程示意图[7]
随着喷雾高度不断增加，喷雾覆盖面积大于实验件面积而使冷却剂实际与实验件接触流量变小，从而使得换热能力先增大后减小，而随着喷嘴孔径的增大，换热能力依旧是先增大后减校上述情况表明Este[22]指出大体积流量抑制了蒸发效率，使得单相区向两相区转变时热流密度斜率变化不大；小体积流量下，单相区向两相区转变时热流密度曲率变化更大，如图1-4所示。1.2.2.2喷嘴与壁面位置关系的影响本小节综述了喷嘴与壁面之间相互关系对喷雾冷却换热性能的影响，既包括壁面水平放置、垂直放置，也包括喷雾角度与壁面呈一定夹角，如图1-3所示。图1-3喷射倾角与喷雾锥角图[23]
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷雾冷却液膜流动特性的数值分析[J]. 周年勇,王露,曹玉春,陈海飞. 能源工程. 2018(04)
[2]微槽道表面喷雾冷却的实验研究[J]. 黄龙,王瑜,蒋彦龙,刘欢. 制冷学报. 2018(04)
[3]制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却研究进展[J]. 陈斌,周致富,辛慧. 化工学报. 2018(01)
[4]石英灯阵热流分布规律计算与试验研究[J]. 朱言旦,曾磊,董威,杜雁霞,桂业伟. 宇航学报. 2017(10)
[5]喷雾冷却换热机理研究进展[J]. 张雨薇,刘妮,王可. 电子元件与材料. 2016(11)
[6]倾斜式喷雾冷却研究进展[J]. 李丽荣,刘妮,黄千卫. 制冷技术. 2015(04)
[7]R600a喷雾冷却系统换热过程[J]. 徐洪波,钱春潮,邵双全,田长青,司春强. 强激光与粒子束. 2015(07)
[8]铜基镍纳米锥表面喷雾冷却的实验研究[J]. 陈剑楠,张震,高雪峰,姜培学. 工程热物理学报. 2014(09)
[9]大冷量相变喷雾冷却的实验研究[J]. 刘秀芳,钟昕,李梦京,赵红利,侯予. 低温与超导. 2012(01)
[10]高超声速气动热环境工程算法[J]. 杨恺,高效伟. 导弹与航天运载技术. 2010(04)
博士论文
[1]闪蒸及喷雾液滴特性对喷雾冷却强化换热的影响[D]. 陈华.中国科学技术大学 2018
[2]机载喷雾冷却特性的实验与研究[D]. 周年勇.南京航空航天大学 2016
[3]多喷嘴喷雾冷却实验研究与数值模拟[D]. 侯燕.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
[4]微槽表面喷雾冷却换热特性研究[D]. 张伟.中国石油大学（华东） 2013
[5]基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究[D]. 李云红.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]喷雾冷却实验装置研制及多孔泡沫冷却特性研究[D]. 苗宇芯.哈尔滨工业大学 2019
[2]模糊PID温度控制电路的仿真与实验研究[D]. 信楠.吉林大学 2016
[3]高超声速飞行器气动热和表面瞬态温度计算研究[D]. 蒋友娣.上海交通大学 2008
本文编号：3212802
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