隨著飛行器機(jī)動(dòng)性能、隱身性能、防御性能要求的不斷提高,高功率激光技術(shù)、電子元器件高度集成與微型化等技術(shù)得以迅速發(fā)展。定向能武器作為下一代戰(zhàn)機(jī)的標(biāo)配,是亟需攻克的關(guān)鍵技術(shù)壁壘之一。定向能武器在發(fā)射瞬間幾秒內(nèi)會(huì)產(chǎn)生兆瓦級(jí)的熱量,導(dǎo)致其表面產(chǎn)生數(shù)百甚至數(shù)千W/cm2的熱流密度,其快速散熱問(wèn)題引起了研究者的高度關(guān)注。如何高效、可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)載定向能武器的快速散熱,已成為定向能武器發(fā)展的關(guān)鍵,對(duì)于提升我國(guó)下一代戰(zhàn)機(jī)的作戰(zhàn)能力具有重要的研究意義。噴霧冷卻技術(shù)因其高換熱系數(shù)、無(wú)沸騰滯后性和更均勻的表面溫度等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)載定向能武器冷卻領(lǐng)域具有很大應(yīng)用潛力。本文通過(guò)搭建以R22為冷卻介質(zhì)的機(jī)載閉式噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái),考察了噴嘴類型、噴霧高度、加熱功率、冷卻介質(zhì)流量和冷卻介質(zhì)充注量對(duì)噴霧冷卻傳熱性能的影響,分析了噴霧冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),并在無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式和數(shù)值模擬方面進(jìn)行理論研究,得到適用于機(jī)載高功率武器噴霧冷卻的通用模型,為機(jī)載噴霧冷卻系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)與理論支撐。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）噴霧冷卻流動(dòng)傳熱特性的數(shù)值分析基于VOF模型建立了液滴撞擊熱沉表面及其傳熱模型,基于DPM模型建立了整體噴霧流動(dòng)模型,... 

【文章來(lái)源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：164 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

典型噴霧冷卻過(guò)程

搭建了一套可改變流量的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，使用水作為噴霧介質(zhì)，對(duì)。實(shí)驗(yàn)中依據(jù)流入流出流量的比值-排出率將傳熱過(guò)程分為四徑和出入口流量比急劇變化。最后，在水中添加了添加劑觀察49]搭建了使用單噴嘴和四噴嘴噴霧的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，使用紅外溫度部換熱系數(shù)，得到了各工況下單噴嘴噴霧和四噴嘴噴霧的換山大學(xué)謝曉星教授團(tuán)隊(duì)[50][51]利用光學(xué)影像及 LDV 系統(tǒng)測(cè)量場(chǎng)溫度場(chǎng)分布，得到了計(jì)算液滴直徑的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式，并研究換熱效率隨著韋伯?dāng)?shù)增加而增加。陳東芳[52]同樣從可視化研究角度出發(fā)，使用高速攝影機(jī)觀察mm 的微槽表面的液滴液膜換熱過(guò)程，并測(cè)量了過(guò)程中熱流的現(xiàn)象對(duì)應(yīng)，得出換熱過(guò)程由槽面完全浸沒(méi)區(qū)、薄液膜區(qū)、統(tǒng)來(lái)說(shuō)，考慮到機(jī)身空間的有限和介質(zhì)必須循環(huán)利用保持系統(tǒng)一個(gè)可行性較高的選擇。典型的閉式噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖 1.

圖 1. 4 不同類型噴霧冷卻的仿真方法[72] 基于經(jīng)驗(yàn)公式法噴霧冷卻換熱機(jī)理的復(fù)雜性，使用上述方法建�；驍�(shù)值模擬時(shí)，其計(jì)算結(jié)果與距。利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合建立經(jīng)驗(yàn)公式可能是一種更符合實(shí)際的辦法。龍等人[73]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了噴霧冷卻表面溫度及其影響因素，并將經(jīng)驗(yàn)公式代入值和模擬值的偏差在 10%以內(nèi)。經(jīng)驗(yàn)公式的作用在于計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的液滴以及液滴通過(guò)各種換熱方式帶走的熱量，經(jīng)過(guò)多個(gè)公式的連續(xù)迭代可獲得穩(wěn)態(tài)等人[74]模擬了在正常大氣壓下噴霧冷卻從核態(tài)沸騰上升到膜態(tài)沸騰的過(guò)程及表滴隨機(jī)散布在拉格朗日坐標(biāo)系內(nèi)，和連續(xù)相氣體共存，利用法向液滴韋伯?dāng)?shù)的了液滴的初始分布位置，模型計(jì)算時(shí)考慮了對(duì)流、輻射和沸騰等多種換熱形式三種方法可得，VOF 法對(duì)液滴撞擊表面特性和對(duì)液滴與液膜的傳熱計(jì)算準(zhǔn)確，過(guò)程所需資源極大；DPM 法可模擬整個(gè)噴霧過(guò)程中液滴和液膜的分布，但模型換熱，傳熱計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確；使用經(jīng)驗(yàn)公式法可方便快捷的計(jì)算出表面?zhèn)鳠崽鼐鶠樘囟▽?shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)而來(lái)，使用局限性大。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]以R22為冷卻劑的閉式循環(huán)相變噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)研究[J]. 劉炅輝,李夢(mèng)京,劉秀芳,侯予.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(01)
[6]橫掠液柱流的微粒運(yùn)動(dòng)機(jī)理及PM2.5捕獲（Ⅰ） 附面運(yùn)動(dòng)軌跡與分離半徑[J]. 陳治良,魏文韞,朱家驊,郭沈,夏素蘭,余徽.  化工學(xué)報(bào). 2012(07)
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博士論文
[1]多噴嘴噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D]. 侯燕.中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2014
[2]微納米表面噴霧冷卻的機(jī)理研究[D]. 張震.清華大學(xué) 2013
[3]微槽表面噴霧冷卻換熱特性研究[D]. 張偉.中國(guó)石油大學(xué)（華東） 2013
[4]噴霧冷卻傳熱特性、傳熱強(qiáng)化及溫度不均勻性研究[D]. 韓豐云.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
[5]大功率固體激光器冷卻研究[D]. 陶毓伽.中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2010
[6]噴霧冷卻無(wú)沸騰區(qū)換熱特性研究[D]. 王亞青.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[7]噴霧液膜流動(dòng)理論及電子器件噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)研究[D]. 郭永獻(xiàn).西安電子科技大學(xué) 2009

碩士論文
[1]高熱流密度環(huán)境下噴霧冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 王合旭.南京航空航天大學(xué) 2014
[2]噴霧冷卻換熱特性實(shí)驗(yàn)研究及其系統(tǒng)仿真[D]. 劉期聶.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3023649