第1章 緒 論…………………………………………………………………………………… 1
1.1 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱環(huán)境及特點(diǎn)……………………………………………………………… 1
1.2 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)常用的熱防護(hù)方法………………………………………………………… 3
1.2.1 再生冷卻…………………………………………………………………………… 4
1.2.2 膜冷卻……………………………………………………………………………… 6
1.2.3 發(fā)汗冷卻…………………………………………………………………………… 7
1.2.4 燒蝕冷卻…………………………………………………………………………… 7
1.2.5 輻射冷卻…………………………………………………………………………… 8
1.2.6 熱沉冷卻…………………………………………………………………………… 9
1.2.7 排放冷卻…………………………………………………………………………… 9
第2章 再生冷卻……………………………………………………………………………… 11
2.1 概 述…………………………………………………………………………………… 11
2.1.1 再生冷卻的原理…………………………………………………………………… 11
2.1.2 再生冷卻的優(yōu)缺點(diǎn)………………………………………………………………… 13
2.1.3 再生冷卻的發(fā)展歷程……………………………………………………………… 13
2.1.4 再生冷卻的應(yīng)用…………………………………………………………………… 14
2.2 再生冷卻的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 15
2.2.1 再生冷卻的結(jié)構(gòu)形式……………………………………………………………… 15
2.2.2 再生冷卻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及設(shè)計(jì)方法…………………………………………… 16
2.2.3 再生冷卻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)………………………………………………………… 19
2.3 冷卻劑參數(shù)的計(jì)算……………………………………………………………………… 23
2.3.1 密度的計(jì)算………………………………………………………………………… 24
2.3.2 比定壓熱容的計(jì)算………………………………………………………………… 25
2.3.3 導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算…………………………………………………………………… 25
2.3.4 粘度的計(jì)算………………………………………………………………………… 26
2.4 冷卻劑流動(dòng)模型………………………………………………………………………… 28
2.4.1 模型概述…………………………………………………………………………… 28
2.4.2 LVEL模型………………………………………………………………………… 29
2.4.3 Baldwin Lomax模型…………………………………………………………… 30
2.4.4 k ε 模型………………………………………………………………………… 31
2.4.5 冷卻通道中的壓降………………………………………………………………… 33
2.5 再生冷卻傳熱的計(jì)算…………………………………………………………………… 33
2.5.1 燃?xì)鈧?cè)對(duì)流換熱的計(jì)算…………………………………………………………… 34
2.5.2 燃?xì)鈧?cè)輻射換熱的計(jì)算…………………………………………………………… 38
2.5.3 冷卻通道對(duì)流換熱的計(jì)算………………………………………………………… 42
2.5.4 壁面溫度場(chǎng)的計(jì)算………………………………………………………………… 45
2.6 再生冷卻多場(chǎng)耦合的計(jì)算……………………………………………………………… 45
2.6.1 一維耦合傳熱的計(jì)算……………………………………………………………… 46
2.6.2 二維耦合傳熱的計(jì)算……………………………………………………………… 46
2.6.3 三維耦合傳熱的計(jì)算……………………………………………………………… 48
2.6.4 計(jì)算實(shí)例…………………………………………………………………………… 54
2.6.5 再生冷卻的影響因素……………………………………………………………… 55
2.7 室壁強(qiáng)度分析及壽命預(yù)估……………………………………………………………… 66
2.7.1 結(jié)構(gòu)非線性分析…………………………………………………………………… 68
2.7.2 壽命預(yù)估…………………………………………………………………………… 75
2.8 本章小結(jié)………………………………………………………………………………… 79
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 79
第3章 膜冷卻………………………………………………………………………………… 84
3.1 概 述…………………………………………………………………………………… 84
3.1.1 膜冷卻的原理……………………………………………………………………… 84
3.1.2 膜冷卻的分類……………………………………………………………………… 85
3.1.3 膜冷卻的優(yōu)缺點(diǎn)…………………………………………………………………… 87
3.1.4 膜冷卻的發(fā)展歷程………………………………………………………………… 88
3.1.5 膜冷卻的應(yīng)用……………………………………………………………………… 90
3.2 膜冷卻的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………………… 94
3.2.1 冷卻劑的噴入結(jié)構(gòu)形式…………………………………………………………… 94
3.2.2 冷卻劑的射流結(jié)構(gòu)………………………………………………………………… 95
3.2.3 液膜冷卻的環(huán)帶設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 96
3.3 氣膜冷卻理論…………………………………………………………………………… 99
3.3.1 氣膜冷卻的效果………………………………………………………………… 100
3.3.2 氣膜冷卻的影響因素…………………………………………………………… 101
3.3.3 超聲速氣膜冷卻………………………………………………………………… 104
3.4 氣膜冷卻模型及計(jì)算方法…………………………………………………………… 107
3.4.1 計(jì)算模型………………………………………………………………………… 107
3.4.2 傳熱過(guò)程………………………………………………………………………… 108
3.4.3 氣膜冷卻經(jīng)驗(yàn)公式……………………………………………………………… 110
3.4.4 一維計(jì)算方法…………………………………………………………………… 112
3.5 液膜冷卻理論………………………………………………………………………… 113
3.5.1 液膜冷卻的影響因素…………………………………………………………… 114
3.5.2 液膜冷卻的傳質(zhì)傳熱過(guò)程……………………………………………………… 116
3.5.3 液膜長(zhǎng)度的計(jì)算………………………………………………………………… 120
3.5.4 近壁燃?xì)饣旌媳鹊挠?jì)算………………………………………………………… 123
3.5.5 超臨界液膜冷卻………………………………………………………………… 126
3.6 液膜冷卻的數(shù)值計(jì)算………………………………………………………………… 131
3.6.1 模型及網(wǎng)格劃分………………………………………………………………… 132
3.6.2 控制方程………………………………………………………………………… 132
3.6.3 邊界條件及假設(shè)………………………………………………………………… 133
3.6.4 計(jì)算實(shí)例………………………………………………………………………… 134
3.7 液膜再生復(fù)合冷卻技術(shù)……………………………………………………………… 136
3.7.1 液膜再生復(fù)合冷卻概述………………………………………………………… 136
3.7.2 液膜再生復(fù)合冷卻傳熱過(guò)程…………………………………………………… 137
3.7.3 液膜再生復(fù)合冷卻數(shù)值計(jì)算方法……………………………………………… 138
3.8 本章小結(jié)……………………………………………………………………………… 143
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 143
第4章 發(fā)汗冷卻……………………………………………………………………………… 147
4.1 概 述………………………………………………………………………………… 147
4.1.1 發(fā)汗冷卻的原理………………………………………………………………… 147
4.1.2 發(fā)汗冷卻和膜冷卻的區(qū)別……………………………………………………… 150
4.1.3 發(fā)汗冷卻的優(yōu)缺點(diǎn)……………………………………………………………… 150
4.1.4 發(fā)汗冷卻的發(fā)展歷程…………………………………………………………… 152
4.1.5 發(fā)汗冷卻的應(yīng)用………………………………………………………………… 154
4.2 發(fā)汗冷卻材料………………………………………………………………………… 158
4.2.1 自發(fā)汗冷卻材料………………………………………………………………… 158
4.2.2 強(qiáng)迫發(fā)汗冷卻材料……………………………………………………………… 161
4.3 發(fā)汗冷卻的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)………………………………………………………… 164
4.3.1 層板發(fā)汗冷卻的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………… 164
4.3.2 多孔發(fā)汗冷卻的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………… 167
4.4 層板發(fā)汗冷卻的理論和模型………………………………………………………… 168
4.4.1 層板發(fā)汗冷卻的機(jī)理…………………………………………………………… 169
4.4.2 層板發(fā)汗冷卻的模型…………………………………………………………… 170
4.4.3 離散方法………………………………………………………………………… 175
4.4.4 經(jīng)驗(yàn)公式………………………………………………………………………… 177
4.5 多孔發(fā)汗冷卻的理論和模型………………………………………………………… 180
4.5.1 多孔發(fā)汗冷卻的機(jī)理…………………………………………………………… 180
4.5.2 多孔發(fā)汗冷卻的模型…………………………………………………………… 182
4.5.3 經(jīng)驗(yàn)公式………………………………………………………………………… 187
4.6 發(fā)汗冷卻的計(jì)算……………………………………………………………………… 189
4.6.1 冷卻通道內(nèi)流動(dòng)換熱特性的研究……………………………………………… 189
4.6.2 層板發(fā)汗推力室燃?xì)饬鲃?dòng)與壁溫特性的研究………………………………… 192
4.6.3 二維發(fā)汗冷卻流場(chǎng)的計(jì)算……………………………………………………… 194
4.7 本章小結(jié)……………………………………………………………………………… 198
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 199
第5章 燒蝕熱防護(hù)…………………………………………………………………………… 203
5.1 概 述………………………………………………………………………………… 203
5.1.1 燒蝕熱防護(hù)的原理……………………………………………………………… 203
5.1.2 燒蝕熱防護(hù)的發(fā)展史…………………………………………………………… 203
5.1.3 燒蝕熱防護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)…………………………………………………………… 204
5.1.4 燒蝕熱防護(hù)的應(yīng)用……………………………………………………………… 204
5.2 燒蝕材料……………………………………………………………………………… 205
5.2.1 熔化型燒蝕材料………………………………………………………………… 206
5.2.2 升華型燒蝕材料………………………………………………………………… 207
5.2.3 碳化復(fù)合材料…………………………………………………………………… 209
5.2.4 新型燒蝕材料…………………………………………………………………… 211
5.3 燒蝕機(jī)理……………………………………………………………………………… 217
5.3.1 硅基復(fù)合材料的燒蝕機(jī)理……………………………………………………… 217
5.3.2 C/C復(fù)合材料的燒蝕機(jī)理……………………………………………………… 218
5.3.3 C/SiC復(fù)合材料的氧化過(guò)程及機(jī)理…………………………………………… 218
5.3.4 碳化復(fù)合材料的燒蝕機(jī)理……………………………………………………… 224
5.3.5 機(jī)械剝蝕的機(jī)理………………………………………………………………… 226
5.4 燒蝕熱防護(hù)的計(jì)算…………………………………………………………………… 227
5.4.1 C/C材料燒蝕過(guò)程的計(jì)算……………………………………………………… 227
5.4.2 C/SiC復(fù)合材料燒蝕的計(jì)算…………………………………………………… 231
5.4.3 碳化材料燒蝕過(guò)程的計(jì)算……………………………………………………… 239
5.4.4 燒蝕邊界與動(dòng)網(wǎng)格處理………………………………………………………… 257
5.5 本章小結(jié)……………………………………………………………………………… 258
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 258