加热器喷管三维热流耦合传热分析与模拟

"这篇论文是2010年由陈超群和徐旭发表在北京航空航天大学学报上的，主题聚焦于加热器喷管的热-流耦合传热分析。研究中，作者针对加热器喷管内多相流动传热的复杂问题，构建了一个三维的热流耦合换热计算模型。他们分别对燃气、冷却剂和喷管室壁设定了不同的控制方程，并将辐射热量作为源项纳入计算，实现了流动与传热的耦合分析。通过这种方法，他们对美国AEDC的喷管进行了计算，并对比了实验数据，发现数值计算结果与实验结果具有较好的一致性。此外，他们还对一种超燃冲压发动机试验台的水冷式加热器喷管进行了三维数值模拟，深入探讨了辐射换热对喷管壁面温度分布的影响。结果显示，当冷却水流量为2.0kg/s时，加热器喷管的气壁温度可保持在660K，膜温度为430K，满足了冷却和试验效率的要求。同时，论文指出对于包含H2O和CO2等高温气体的情况，辐射热量对壁面温度分布的影响不容忽视，必须考虑在温度场的求解过程中。" 这篇研究的核心知识点包括： 1. **热-流耦合计算模型**：这是一个用于分析加热器喷管内复杂多相流动和传热问题的数学模型。它涉及流体动力学和热力学的相互作用，通过建立不同介质（燃气、冷却剂、壁面）的控制方程来综合考虑流动和传热过程。 2. **辐射热量的处理**：作者将辐射热量视为一个源项，纳入到控制方程中，这使得模型能够更准确地模拟真实环境中的能量传递，特别是在高温环境下，如燃气的辐射效应。 3. **三维数值模拟**：论文采用了三维数值模拟技术来分析加热器喷管的性能，这是现代计算流体力学中常用的一种方法，可以提供对复杂几何形状和流动行为的精确描述。 4. **冷却效率分析**：通过模拟，作者评估了冷却剂流量对喷管壁面温度的影响，指出2.0kg/s的冷却水流量可以有效冷却喷管，保持其工作温度在安全范围内，确保了热效率。 5. **辐射换热的影响**：对于含H2O和CO2的高温燃气，辐射换热显著影响壁面温度分布，这对于理解和优化加热器的设计至关重要。 6. **实验与数值计算的比较**：通过与AEDC喷管实验数据的对比，验证了所建立模型的准确性，增强了研究的可信度。 该研究对于理解并优化高速飞行器或超燃冲压发动机中加热器喷管的热管理具有重要的理论和实践价值。