航天器高温主动冷却热防护理论与技术

目录 丛书序 前言 第1章绪论和研究背景1 1.1研究背景/1 1.1.1临近空间高超声速飞行器/1 1.1.2超燃冲压发动机/3 1.1.3涡轮基组合发动机/4 1.1.4液体火箭发动机推力室/6 1.2航天领域现有的热防护冷却技术/7 1.3单相对流冷却/9 1.4气膜冷却/13 1.5发汗冷却/17 1.6喷雾冷却和微尺度流动沸腾/24 1.7航天航空飞行器主动热防护技术发展的关键技术路线/28 1.7.1高效散热——超燃冲压发动机再生冷却和冲击冷却技术/29 1.7.2高效防热——极端热环境的气膜与发汗冷却技术/30 1.7.3高效用热——飞行器综合热管理与热利用技术/30 1.8航天航空飞行器高温主动冷却热防护理论与技术/31 参考文献/32 第2章单相流体的强化换热和冲击冷却47 2.1带肋平板矩形通道强化换热/47 2.1.1直肋和V形肋的强化换热特性/48 2.1.2不同肋角度和肋间距的影响/53 2.2微细板翅结构强化换热/58 2.2.1微细板翅结构的流动阻力特性/59 2.2.2微细板翅结构的强化换热规律/61 2.2.3微细板翅结构的流动换热综合性能/65 2.3肋化平板的冲击冷却/67 2.3.1开放空间肋化靶板冲击冷却/68 2.3.2通道内肋化靶板冲击冷却/75 2.4超临界压力流体冲击冷却/80 2.4.1光滑平板超临界压力流体冲击冷却/80 2.4.2微米结构强化超临界压力流体冲击冷却/83 参考文献/86 第3章超临界压力碳氢燃料对流换热87 3.1超临界压力碳氢燃料在竖直管内对流换热实验系统与实验方法/88 3.2超临界压力碳氢燃料在竖直管内对流换热规律/91 3.2.1正癸烷在竖直细圆管内对流换热/91 3.2.2吸热型碳氢燃料在竖直圆管内对流换热/100 3.3旋转条件下超临界压力碳氢燃料对流换热/108 3.3.1旋转条件下超临界压力碳氢燃料流动换热理论分析与实验系统/108 3.3.2离心段内超临界压力碳氢燃料对流换热/111 3.3.3水平段内超临界压力碳氢燃料对流换热/116 3.3.4向心段内超临界压力碳氢燃料对流换热/118 3.4超临界压力碳氢燃料流动换热不稳定性的规律和抑制/122 3.4.1流动换热不稳定性的规律/122 3.4.2流动换热不稳定性的抑制/124 参考文献/128 第4章超临界压力碳氢燃料热裂解及对换热的影响130 4.1热裂解实验系统及产物分析方法/131 4.1.1实验系统/131 4.1.2裂解产物及分析方法/132 4.2超临界压力正癸烷热裂解实验研究结果/133 4.2.1正癸烷热裂解的产物生成规律/134 4.2.2正癸烷热裂解总包反应模型/139 4.3超临界压力吸热型碳氢燃料热裂解实验研究结果/141 4.3.1吸热型碳氢燃料热裂解产物生成规律/142 4.3.2吸热型碳氢燃料热裂解总包反应模型/145 4.3.3热裂解与对流换热的耦合影响特性/147 4.4超临界压力正癸烷热裂解微分变化学计量系数总包模型/149 4.4.1微分变化学计量系数总包反应模型简介/150 4.4.2基于压力修正的热裂解微分模型/154 参考文献/157 第5章亚声速条件下气膜冷却159 5.1气膜冷却基本原理及流动模型/159 5.1.1基本参数/160 5.1.2气膜冷却的流动模式/161 5.2冷却流体入口条件对基本孔型气膜冷却影响机理研究/163 5.2.1圆孔结构气膜冷却/165 5.2.2扇形孔结构气膜冷却/167 5.2.3开槽孔结构气膜冷却/169 5.3内部通道流动对气膜冷却影响规律的数值模拟/171 5.3.1内部通道加肋对气膜冷却影响的数值模拟研究/171 5.3.2内部通道对气膜冷却影响的大涡模拟研究/176 5.3.3*面对气膜冷却的影响研究/180 5.4内部通道流动传热与外部气膜冷却的耦合传热研究/184 5.5多排孔气膜冷却特性/188 5.5.1冷却效率随吹风比的变化特性/188 5.5.2孔排距对冷却效率的影响/190 5.5.3多排气膜孔冷却效率叠加模型/190 参考文献/192 第6章超声速条件下气膜冷却193 6.1超声速条件下二维缝槽结构气膜冷却基本规律/193 6.1.1主流加速的影响/196 6.1.2*面效应的影响/197 6.1.3主流进口湍流度的影响/199 6.1.4冷却气体种类的影响/201 6.2激波对二维缝槽结构超声速气膜冷却的影响/202 6.2.1激波对气膜冷却影响的实验研究/203 6.2.2激波对气膜冷却的作用机理/206 6.2.3激波作用位置的影响/211 6.2.4激波作用的三维效应/213 6.3抑制激波作用的方法/217 6.3.1开孔壁面的影响/217 6.3.2冷却流入口条件的影响/220 6.3.3冷却流分段注入/222 6.4三维通孔结构超声速气膜冷却/225 6.4.1典型流动特征/226 6.4.2激波形态及其对冷却效率分布的影响/228 参考文献/230 第7章发汗冷却原理及高温高热流热防护231 7.1发汗冷却基本原理和概念/231 7.2单相气体的发汗冷却/233 7.2.1单相气体发汗冷却实验研究系统/233 7.2.2烧结多孔平板发汗冷却规律/235 7.2.3微直多孔平板的发汗冷却规律/239 7.2.4烧结多孔头锥的发汗冷却/244 7.2.53D打印多孔平板的发汗冷却/249 7.3发汗冷却数值计算/252 7.3.1数值计算基本模型介绍/253 7.3.2微细多孔结构内流动换热/257 7.3.3发汗冷却的数值模拟/263 参考文献/275 第8章超声速条件下发汗冷却277 8.1超声速条件下发汗冷却基本规律/277 8.1.1超声速条件下发汗冷却实验研究系统/277 8.1.2平板结构发汗冷却实验研究/280 8.1.3*面结构发汗冷却规律/284 8.2超声速条件下外部激波对发汗冷却的影响/288 8.2.1外部激波对发汗冷却的影响/288 8.2.2外部激波影响发汗冷却的机制/289 8.2.3外部激波对不同冷却工质发汗冷却的影响/294 8.3超声速条件下发汗冷却与气膜冷却或逆喷的组合冷却/296 8.3.1超声速主流下组合冷却流场/297 8.3.2超声速主流下组合冷却的换热特性/298 参考文献/303 第9章相变与自抽吸发汗冷却305 9.1相变发汗冷却/305 9.1.1相变发汗冷却实验研究系统/305 9.1.2相变发汗冷却的蒸汽堵塞效应/308 9.1.3相变发汗冷却的迟滞现象/316 9.1.4相变发汗冷却的振荡现象/318 9.1.5三重周期极小*面构建发汗冷却载体及其发汗冷却性能/320 9.1.6超声速高焓电弧风洞相变发汗冷却/328 9.2自抽吸发汗冷却/338 9.2.1辐射加热自抽吸发汗冷却实验研究系统/339 9.2.2仿生自抽吸及自适应外部发汗冷却研究/340 9.2.3自抽吸自适应内部发汗冷却研究/345 9.2.4金属3D打印仿生自抽吸发汗冷却/348 9.2.5微纳多孔结构强化自抽吸发汗冷却/350 9.2.6超声速高焓电弧风洞自抽吸发汗冷却/354 参考文献/356 第10章喷雾冷却与流动沸腾358 10.1微／纳结构表面喷雾冷却/358 10.2喷雾冷却强化换热微观机制——单个微米液滴的流动相变/367 10.3间歇喷雾冷却和闭式喷雾冷却循环/381 10.4微通道内流动沸腾/389 10.4.1实验系统/389 10.4.2大宽高比微通道流动沸腾/390 10.4.3开放型并联微通道流动沸腾/394 10.5微多孔通道内流动沸腾/398 10.5.1微多孔通道内流动沸腾实验及微观模型/399 10.5.2微多孔通道内流动沸腾实验结果/400 10.5.3微多孔流动沸腾换热强化/404 参考文献/406 第11章液体火箭发动机推力室的主动热防护410 11.1液体火箭发动机推力室壁面发汗冷却热防护/410 11.1.1推力室壁面发汗冷却的传热过程数理模型/411 11.1.2推力室壁面发汗冷却典型工况分析/413 11.1.3发汗冷却喷管多孔壁面的分段设计分析/416 11.2液体火箭发动机燃料喷注面板发汗冷却热防护/419 11.2.1液体火箭发动机燃料喷注面板发汗冷却热防护结构/420 11.2.2液体火箭发动机燃料喷注面板的发汗冷却仿真分析/421 11.2.3大推力氢氧火箭发动机燃料喷注面板发汗冷却仿真模拟的影响因素分析/428 11.3液体火箭发动机推力室第三流体循环冷却技术/431 11.3.1液体火箭发动机推力室条件第三流体循环冷却模拟实验系统/432 11.3.2液体火箭发动机第三流体循环冷却流动与换热特性/433 参考文献/437 第12章高超声速飞行器的主动热防护与热利用438 12.1超燃冲压发动机燃烧室壁面再生冷却/438 12.2前缘溢流口部位微肋强化换热/443 12.2.1微肋换热强化结构几何参数及模型介绍/443 12.2.2微肋换热强化结构冷却特性计算结果/445 12.3超燃冲压发动机多孔结构喷油支板发汗冷却/448 12.3.1直支板发汗冷却规律/448 12.3.2倾斜支板发汗冷却规律/452 12.4闪蒸冷却/457 12.4.1设备舱体的闪蒸喷雾冷却/458 12.4.2闪蒸组合热防护/461 12.5高温表面热防护与热发电一体化技术/463 12.5.1发动机壁面冷却与热发电一体化系统/463 12.5.2发动机进气预冷与热发电一体化系统/471 12.6基于自抽吸自适应发汗冷却的主被动复合身部大面积部位轻质热防护方法与技术/477 参考文献/481