机载闭式喷雾冷却系统性能实验及特性研究
发布时间：2021-02-08 08:30
随着飞行器机动性能、隐身性能、防御性能要求的不断提高,高功率激光技术、电子元器件高度集成与微型化等技术得以迅速发展。定向能武器作为下一代战机的标配,是亟需攻克的关键技术壁垒之一。定向能武器在发射瞬间几秒内会产生兆瓦级的热量,导致其表面产生数百甚至数千W/cm2的热流密度,其快速散热问题引起了研究者的高度关注。如何高效、可靠地实现机载定向能武器的快速散热,已成为定向能武器发展的关键,对于提升我国下一代战机的作战能力具有重要的研究意义。喷雾冷却技术因其高换热系数、无沸腾滞后性和更均匀的表面温度等优点在机载定向能武器冷却领域具有很大应用潜力。本文通过搭建以R22为冷却介质的机载闭式喷雾冷却实验台,考察了喷嘴类型、喷雾高度、加热功率、冷却介质流量和冷却介质充注量对喷雾冷却传热性能的影响,分析了喷雾冷却系统的运行状态,并在无量纲关联式和数值模拟方面进行理论研究,得到适用于机载高功率武器喷雾冷却的通用模型,为机载喷雾冷却系统的实际应用提供实验与理论支撑。本文主要研究内容如下:（1）喷雾冷却流动传热特性的数值分析基于VOF模型建立了液滴撞击热沉表面及其传热模型,基于DPM模型建立了整体喷雾流动模型,...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型喷雾冷却过程
搭建了一套可改变流量的实验台，使用水作为喷雾介质，对。实验中依据流入流出流量的比值-排出率将传热过程分为四径和出入口流量比急剧变化。最后，在水中添加了添加剂观察49]搭建了使用单喷嘴和四喷嘴喷雾的实验台，使用红外温度部换热系数，得到了各工况下单喷嘴喷雾和四喷嘴喷雾的换山大学谢晓星教授团队[50][51]利用光学影像及 LDV 系统测量场温度场分布，得到了计算液滴直径的实验关系式，并研究换热效率随着韦伯数增加而增加。陈东芳[52]同样从可视化研究角度出发，使用高速摄影机观察mm 的微槽表面的液滴液膜换热过程，并测量了过程中热流的现象对应，得出换热过程由槽面完全浸没区、薄液膜区、统来说，考虑到机身空间的有限和介质必须循环利用保持系统一个可行性较高的选择。典型的闭式喷雾冷却实验台如图 1.
图 1. 4 不同类型喷雾冷却的仿真方法[72] 基于经验公式法喷雾冷却换热机理的复杂性，使用上述方法建模或数值模拟时，其计算结果与距。利用实验结果拟合建立经验公式可能是一种更符合实际的办法。龙等人[73]通过实验研究了喷雾冷却表面温度及其影响因素，并将经验公式代入值和模拟值的偏差在 10%以内。经验公式的作用在于计算出单位时间内的液滴以及液滴通过各种换热方式带走的热量，经过多个公式的连续迭代可获得稳态等人[74]模拟了在正常大气压下喷雾冷却从核态沸腾上升到膜态沸腾的过程及表滴随机散布在拉格朗日坐标系内，和连续相气体共存，利用法向液滴韦伯数的了液滴的初始分布位置，模型计算时考虑了对流、辐射和沸腾等多种换热形式三种方法可得，VOF 法对液滴撞击表面特性和对液滴与液膜的传热计算准确，过程所需资源极大；DPM 法可模拟整个喷雾过程中液滴和液膜的分布，但模型换热，传热计算结果不准确；使用经验公式法可方便快捷的计算出表面传热特均为特定实验结果推导而来，使用局限性大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]R134a喷雾冷却系统换热性能研究[J]. 钱春潮,徐洪波,邵双全,田长青,周光辉. 制冷学报. 2015(04)
[2]采用R134a工质的相变喷雾冷却性能实验研究[J]. 钱洋,刘炅辉,李玫,刘秀芳,侯予. 西安交通大学学报. 2015(01)
[3]喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却性能的影响[J]. 刘炅辉,孙皖,刘秀芳,侯予. 强激光与粒子束. 2013(10)
[4]闭式循环喷雾冷却蒸发换热特性试验研究[J]. 张伟,王照亮,徐明海. 流体机械. 2012(11)
[5]以R22为冷却剂的闭式循环相变喷雾冷却实验研究[J]. 刘炅辉,李梦京,刘秀芳,侯予. 西安交通大学学报. 2013(01)
[6]横掠液柱流的微粒运动机理及PM2.5捕获（Ⅰ） 附面运动轨迹与分离半径[J]. 陈治良,魏文韫,朱家骅,郭沈,夏素兰,余徽. 化工学报. 2012(07)
[7]氨饱和压力对喷雾相变冷却特性的影响[J]. 王宏,余勇胜,朱恂,孙少鹏,廖强,丁玉栋,杨宝海. 中国激光. 2011(07)
[8]液滴碰撞对液膜内汽泡运动与换热影响[J]. 陶毓伽,淮秀兰. 工程热物理学报. 2011(05)
[9]高功率固体激光器喷雾冷却技术[J]. 司春强,邵双全,田长青,徐洪波. 强激光与粒子束. 2010(12)
[10]光滑表面与切槽表面喷雾冷却的实验研究[J]. 李佳,张震,姜培学,雷树业. 工程热物理学报. 2010(11)
博士论文
[1]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
[2]微纳米表面喷雾冷却的机理研究[D]. 张震.清华大学 2013
[3]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
[4]喷雾冷却传热特性、传热强化及温度不均匀性研究[D]. 韩丰云.中国科学技术大学 2011
[5]大功率固体激光器冷却研究[D]. 陶毓伽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
[6]喷雾冷却无沸腾区换热特性研究[D]. 王亚青.中国科学技术大学 2010
[7]喷雾液膜流动理论及电子器件喷雾冷却实验研究[D]. 郭永献.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]高热流密度环境下喷雾冷却系统的设计与研究[D]. 王合旭.南京航空航天大学 2014
[2]喷雾冷却换热特性实验研究及其系统仿真[D]. 刘期聂.中国科学技术大学 2009
本文编号：3023649
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型喷雾冷却过程
搭建了一套可改变流量的实验台，使用水作为喷雾介质，对。实验中依据流入流出流量的比值-排出率将传热过程分为四径和出入口流量比急剧变化。最后，在水中添加了添加剂观察49]搭建了使用单喷嘴和四喷嘴喷雾的实验台，使用红外温度部换热系数，得到了各工况下单喷嘴喷雾和四喷嘴喷雾的换山大学谢晓星教授团队[50][51]利用光学影像及 LDV 系统测量场温度场分布，得到了计算液滴直径的实验关系式，并研究换热效率随着韦伯数增加而增加。陈东芳[52]同样从可视化研究角度出发，使用高速摄影机观察mm 的微槽表面的液滴液膜换热过程，并测量了过程中热流的现象对应，得出换热过程由槽面完全浸没区、薄液膜区、统来说，考虑到机身空间的有限和介质必须循环利用保持系统一个可行性较高的选择。典型的闭式喷雾冷却实验台如图 1.
图 1. 4 不同类型喷雾冷却的仿真方法[72] 基于经验公式法喷雾冷却换热机理的复杂性，使用上述方法建模或数值模拟时，其计算结果与距。利用实验结果拟合建立经验公式可能是一种更符合实际的办法。龙等人[73]通过实验研究了喷雾冷却表面温度及其影响因素，并将经验公式代入值和模拟值的偏差在 10%以内。经验公式的作用在于计算出单位时间内的液滴以及液滴通过各种换热方式带走的热量，经过多个公式的连续迭代可获得稳态等人[74]模拟了在正常大气压下喷雾冷却从核态沸腾上升到膜态沸腾的过程及表滴随机散布在拉格朗日坐标系内，和连续相气体共存，利用法向液滴韦伯数的了液滴的初始分布位置，模型计算时考虑了对流、辐射和沸腾等多种换热形式三种方法可得，VOF 法对液滴撞击表面特性和对液滴与液膜的传热计算准确，过程所需资源极大；DPM 法可模拟整个喷雾过程中液滴和液膜的分布，但模型换热，传热计算结果不准确；使用经验公式法可方便快捷的计算出表面传热特均为特定实验结果推导而来，使用局限性大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]R134a喷雾冷却系统换热性能研究[J]. 钱春潮,徐洪波,邵双全,田长青,周光辉. 制冷学报. 2015(04)
[2]采用R134a工质的相变喷雾冷却性能实验研究[J]. 钱洋,刘炅辉,李玫,刘秀芳,侯予. 西安交通大学学报. 2015(01)
[3]喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却性能的影响[J]. 刘炅辉,孙皖,刘秀芳,侯予. 强激光与粒子束. 2013(10)
[4]闭式循环喷雾冷却蒸发换热特性试验研究[J]. 张伟,王照亮,徐明海. 流体机械. 2012(11)
[5]以R22为冷却剂的闭式循环相变喷雾冷却实验研究[J]. 刘炅辉,李梦京,刘秀芳,侯予. 西安交通大学学报. 2013(01)
[6]横掠液柱流的微粒运动机理及PM2.5捕获（Ⅰ） 附面运动轨迹与分离半径[J]. 陈治良,魏文韫,朱家骅,郭沈,夏素兰,余徽. 化工学报. 2012(07)
[7]氨饱和压力对喷雾相变冷却特性的影响[J]. 王宏,余勇胜,朱恂,孙少鹏,廖强,丁玉栋,杨宝海. 中国激光. 2011(07)
[8]液滴碰撞对液膜内汽泡运动与换热影响[J]. 陶毓伽,淮秀兰. 工程热物理学报. 2011(05)
[9]高功率固体激光器喷雾冷却技术[J]. 司春强,邵双全,田长青,徐洪波. 强激光与粒子束. 2010(12)
[10]光滑表面与切槽表面喷雾冷却的实验研究[J]. 李佳,张震,姜培学,雷树业. 工程热物理学报. 2010(11)
博士论文
[1]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
[2]微纳米表面喷雾冷却的机理研究[D]. 张震.清华大学 2013
[3]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
[4]喷雾冷却传热特性、传热强化及温度不均匀性研究[D]. 韩丰云.中国科学技术大学 2011
[5]大功率固体激光器冷却研究[D]. 陶毓伽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
[6]喷雾冷却无沸腾区换热特性研究[D]. 王亚青.中国科学技术大学 2010
[7]喷雾液膜流动理论及电子器件喷雾冷却实验研究[D]. 郭永献.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]高热流密度环境下喷雾冷却系统的设计与研究[D]. 王合旭.南京航空航天大学 2014
[2]喷雾冷却换热特性实验研究及其系统仿真[D]. 刘期聂.中国科学技术大学 2009
本文编号：3023649
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3023649.html
