【摘 要】
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本文针对主流超音速条件下,收扩喷管扩张段的气膜冷却难题,对超音速主流条件下次流入射对主流流动和壁面换热带来的影响进行了研究,同时考虑了喷管内固有波系和次流入射引起波系的影响,为超音速排气系统高效低阻的冷却设计提供参考。论文以二元收扩喷管模型为基准,对其在不同落压比下的流动和换热特性进行了模拟,参数范围涵盖了从管内正激波到管外斜激波的过膨胀状态的多个工况,分析了喉道转角处产生的波系,即膨胀波扇—压缩
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本文针对主流超音速条件下,收扩喷管扩张段的气膜冷却难题,对超音速主流条件下次流入射对主流流动和壁面换热带来的影响进行了研究,同时考虑了喷管内固有波系和次流入射引起波系的影响,为超音速排气系统高效低阻的冷却设计提供参考。论文以二元收扩喷管模型为基准,对其在不同落压比下的流动和换热特性进行了模拟,参数范围涵盖了从管内正激波到管外斜激波的过膨胀状态的多个工况,分析了喉道转角处产生的波系,即膨胀波扇—压缩波组成的波系。进一步揭示了次流从单孔入射时,气膜下游壁面冷却效果近壁区流动特征的变化规律,阐述了气膜射流穿过多道波系时,诱导近壁流体出现的“分层流动”特征,增强了气膜的附壁效果。随着落压比增大,分层流动对附壁的强化效果更为明显。随后,本文先设计了单列、单排气膜孔冷却结构,分别分析了气膜出流诱导出的波系对气膜附壁特征的影响,以及波系展向扩展对气膜的影响。结果表明,超音速主流条件下次流入射时,在气膜孔上游将产生孔前弓形斜激波,引起逆压力梯度,作用于壁面流动附面层,削弱气膜附壁效果;气膜孔下游会产生膨胀波扇,使气膜脱离壁面;同时,孔前斜激波会影响展向相邻孔后的气膜,降低局部冷却效率。本文又设计了错排气膜孔阵冷却结构,进一步揭示了波系轴向与周向传播时的相互干涉现象。结果表明,多排、列孔的孔前弓形波之间存在干涉叠加,其进一步强化了逆压力梯度,导致流动分离,对气膜附壁效果产生显著影响,削弱了气膜冷却效果。最后,论文从影响喷管内波系进而影响喷管的换热与气动特性的角度出发,先研究了主流进口参数、孔型改变时,孔前波系和主次流流动发生的改变,得到了喷管的换热特性和气动特性的相应变化规律,掌握了提高冷却效果减小流动损失的有效途径;又设计了冲击—气膜复合冷却方式,在提高冷却效果的同时有效降低了流动损失。
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