微通道传热及在飞机蒙皮冷却中应用探索研究

admin · 发表于 2022-8-25 14:18:00

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雅宝题库解析：
本文在科学与工程应用方面研究了微尺度通道中的流动和传热性能。飞行器上的冷却系统非常重要，但新型冷却技术亟待发展；同时，微通道具有良好的换热性能，在许多工业部门中得到应用；本文的目的是对微通道应用于飞行器蒙皮冷却进行探索性研究。首先，用数值模拟手段研究了表面粗糙性对微通道传热性能的影响。提出了“凹坑粗糙元”的概念，考察了二维三角形和三维圆锥形凹坑粗糙元影响微通道流动和传热性能。结果显示，在流动和传热性能方面，凹坑粗糙元均不同于常规突起型粗糙元。凹坑粗糙元引起局部传热强化是由于凹坑导致近壁区流线发生轻微的扭曲，协同角发生变化引起的。对二维随机粗糙元影响微通道传热性能的研究结果显示，随机粗糙元与具有相同的相对粗糙度的间隔分布型粗糙元相比，流动阻力和传热能力更接近于常规分析解。为了将微通道传热技术应用于飞机蒙皮冷却，对一些新题目进行了专门研究。1. 以数值模拟的手段研究了纯水和航空煤油在等壁温条件下、小长径比、光滑微通道内的传热性能。结果表明，航空煤油的Nu结果大于水的对应值，最大差别在100%以上。2. 以试验和数值手段研究了纯水在等壁温条件下、大长径比（l/d=122）微通道内的传热特性。结果显示随着Re的增加，Nu先增大后不变；对于试验条件，采用层流充分发展模型的N-S方程数值模拟结果能较好的符合试验数据。3. 加工了更贴近实用的全封闭微通道换热器，并试验研究了纯水和航空煤油在该换热器中的传热性能。结果显示，航空煤油和水的Nu在试验条件下都基本不随Re变化；航空煤油总体Nu大于水的结果10%左右。4. 以数值手段研究了粗糙微通道中工质热物性对微通道整体传热性能的影响。结果表明，Nu随λ的增加而减小，随着cp和μ的增加而增加，不随ρ变化；其中λ和μ的影响较大，cp的影响较小。在专门研究的基础上，以飞行器蒙皮冷却为目的，通过风洞实验论证了微通道换热器在飞机上应用的可行性和良好效果。1. 探索了高空以低超音速（Ma=1~3）飞行时平板类表面对流换热系数的预测方法。研究表明，目前工程计算方法存在较大误差，并随着Ma数的增大，换热系数的误差越来越大；而采用CFD方法能达到更高的精度。2. 设计了将微通道传热技术应用于飞行器蒙皮冷却的完整方案和结构，并提出了该冷却方案的理论预测模型。3. 通过实验论证，不仅证明了总体冷却方案的可行性，还验证了预测模型的准确性。

微通道传热及在飞机蒙皮冷却中应用探索研究

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