超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法、监控装置、设备以及存储介质，涉及热防护技术领域，具体实现方案为：获取冷却工质的第一物性参数、热防护对象的主流区域的第二物性参数以及热防护对象的多孔区域的第三物性参数和结构参数；基于第一物性参数、第三物性参数和结构参数，获得多孔区域的流、固换热数据，从而确定主流区域和多孔区域的耦合面上的第一状态参数；基于第二物性参数，计算主流区域的对于多孔区域传递的热量和压力，从而确定主流区域和多孔区域的耦合面上的第二状态参数；基于第一状态参数和第二状态参数确定耦合面的性能指标，并根据所确定的性能指标调整冷却工质的用量。应用本发明专利技术实施例提供的方案能够确定使用冷却工质的用量。冷却工质的用量。冷却工质的用量。

【技术实现步骤摘要】
超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法


[0001]本专利技术涉及热防护
，特别是涉及一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法。

技术介绍

[0002]恶劣的气动热环境是先进飞行器需要面对的严峻挑战。当飞行器在高空中巡航时，滞止点总温最高达到接近4000K，飞行器前缘热流密度极高。现有飞行器的耐热材料不能满足这种高温下稳定运行的要求，所以有必要采用热防护方法，防止结构表面温度过高，造成结构烧蚀影响飞行器气动外形。
[0003]发汗冷却是一种有效的热防护方法，此种方法需要使用冷却工质，其在多孔区域中从低温面通过渗流，到达固体骨架的高温表面，在多孔介质的微孔内部与固体骨架发生热交换，带走骨架内的热流，然后在高温表面形成冷却工质膜，继续保护固体骨架。其中，相变发汗冷却以液体作为冷却工质，可以利用液体的相变吸热，因而具有更高的冷却效率。
[0004]使用此种方法，需要得知多孔区域和固体骨架之间流动传热的性能，从而确定使用冷却工质的用量。而在飞行器飞行的超声速环境下，高速主流来流条件下复杂气动热环境与多孔介质内相变发汗冷却的相关性能计算较为困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法，以实现在热防护的过程中准确调整冷却工质用量的技术效果。具体技术方案如下：
[0006]在本专利技术实施的第一方面，本专利技术实施例提供了一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法，所述方法包括：
[0007]获取冷却工质的第一物性参数、热防护对象的主流区域的第二物性参数以及所述热防护对象的多孔区域的第三物性参数和结构参数；
[0008]基于所述第一物性参数、第三物性参数和结构参数，获得所述多孔区域的流、固换热数据；
[0009]根据所述流、固换热数据，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第一状态参数；
[0010]基于所述第二物性参数，计算所述主流区域对于多孔区域传递的热量和压力；
[0011]根据计算所得传递的热量和压力，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第二状态参数；
[0012]基于所述第一状态参数和所述第二状态参数确定所述耦合面的性能指标，并根据所确定的性能指标调整所述冷却工质的用量。
[0013]在本专利技术实施的第二方面，本专利技术实施例提供了一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的监控装置，所述装置包括：
[0014]参数获取模块，用于获取冷却工质的第一物性参数、热防护对象的主流区域的第二物性参数以及所述热防护对象的多孔区域的第三物性参数和结构参数；
[0015]换热数据获得模块，用于基于所述第一物性参数、第三物性参数和结构参数，获得所述多孔区域的流、固换热数据；
[0016]第一参数确定模块，用于根据所述流、固换热数据，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第一状态参数；
[0017]散热量计算模块，用于基于所述第二物性参数，计算所述主流区域对于多孔区域传递的热量和压力；
[0018]第二参数确定模块，用于根据计算所得传递的热量和压力，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第二状态参数；
[0019]用量调整模块，用于基于所述第一状态参数和所述第二状态参数确定所述耦合面的性能指标，并根据所确定的性能指标调整所述冷却工质的用量。
[0020]在本专利技术实施的第三方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
[0021]存储器，用于存放计算机程序；
[0022]处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法。
[0023]在本专利技术实施的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法。
[0024]在本专利技术实施的第五方面，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法。
[0025]有益效果：
[0026]本专利技术实施例提供的方案中，通过冷却工质的第一物性参数、热防护对象的主流区域的第二物性参数以及所述热防护对象的多孔区域的第三物性参数和结构参数，获取耦合面上的第一状态参数和第二状态参数，并基于第一状态参数和第二状态参数确定性能指标，从而根据性能指标确定性能监控。在获取状态参数并确定性能指标的过程中参考的信息较为丰富和全面，能够准确地计算主流区域和多孔区域之间的流、固耦合，从而提高了性能监控的准确度，相应的，可以根据性能指标能够更为准确地调整冷却工质的用量，从而确定使用冷却工质的用量，提高热防护的效果。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0028]图1为本专利技术实施例提供的第一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法的流程示意图。
[0029]图2为本专利技术实施例提供的第二种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法的流程示意图。
[0030]图3为本专利技术实施例提供的一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的监控装置的流程示意图。
[0031]图4为本专利技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。
[0033]参见图1，本专利技术实施例提供了一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法的流程示意图，该方法包括以下步骤S101
‑
S106。
[0034]步骤S101：获取冷却工质的第一物性参数、热防护对象的主流区域的第二物性参数以及热防护对象的多孔区域的第三物性参数和结构参数。
[0035]主流区域为固体骨架所在的区域。例如，飞行器的外侧，即在飞行过程中直接接触气流的区域。
[0036]冷却工质可以是以水为溶剂的冷却剂，也可以是沸点不低于水的氢氟醚、全氟碳等介电液体或矿物油，本专利技术实施例并不对此进行限定。
[0037]热防护对象既可以是飞行器、空天飞机的航天器器件，也可以是电器开关等在存在高温工作环境的工业制品，本专利技术实施例并不对此进行限定。
[0038]第一物性参数可以包括：冷却工质注入压力、质量流量、温度、种类等。
[0039]第二物性参数可以包括：表示速度、压力、温度等来流条件的参数。
[0040]第三物性参数可以包括：孔隙率，孔径、比热容、导热率等。
[0041]结构参数可以包括：刚度比、位移比等。
[0042]具体的，可以设计实现物性方法的物性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声速环境下使用相变发汗冷却的热防护的耦合计算方法，其特征在于，所述方法包括：获取冷却工质的第一物性参数、热防护对象的主流区域的第二物性参数以及所述热防护对象的多孔区域的第三物性参数和结构参数；基于所述第一物性参数、第三物性参数和结构参数，获得所述多孔区域的流、固换热数据；根据所述流、固换热数据，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第一状态参数；基于所述第二物性参数，计算所述主流区域的对于多孔区域传递的热量和压力；根据计算所得传递的热量和压力，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第二状态参数；基于所述第一状态参数和所述第二状态参数确定所述耦合面的性能指标，并根据所确定的性能指标调整所述冷却工质的用量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一物性参数、第三物性参数和结构参数，获得所述多孔区域的流、固换热数据，包括：根据以下公式确定流、固换热数据：其中，t表示时间，ρ为所述第一物性参数所表示的所述冷却工质的密度，Γ
h
为流体在多孔介质内的扩散项系数，ε表示为多孔区域孔隙率，q
sf
为多孔介质内流体和固体的换热量，u表示为速度，C
p，l
为液体冷却工质的比热容，β
h
为所述第三物性参数中包括的比焓，h
M
为所述第三物性参数包括的修正混合焓。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述流、固换热数据，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第一状态参数，包括：基于所述流、固换热数据以及预设的压力基求解确定所述耦合面的第一状态参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据计算所得传递的热量和压力，确定所述主流区域和所述多孔区域的耦合面上的第二状态参数，包括：基于所得传递的热量和压力以及预设的密度基确定所述耦合面的第二状态参数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第二物性参数，计算所述主流区域的传递的热量和压力，包括：基于所述第二物性参数，确定所述主流区域是否存在稀薄气体效应；若存在，则调整所述第二物性参数，并基于调整后的第二物性参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺菲，刘韬略，苏浩，王建华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：