超声速来流狭缝喷注气膜冷却研究

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第一章 绪 论

1.1研究对象及意义

1.2超声速气膜冷却的研究进展

1.2.1超声速后台阶狭缝喷注气膜冷却的研究进展

1.2.2超声速倾斜狭缝喷注气膜冷却的研究进展

1.3激波对于超声速气膜冷却的影响

1.3.1实验研究

1.3.2仿真研究

1.4论文主要研究内容

第二章 实验系统及仿真方法

2.1实验风洞及流场观测系统

2.2实验冷却气体的加热设备

2.3实验测量传感器介绍

2.3.1温度传感器

2.3.2压力传感器

2.4纹影实验图片处理方法

2.4.1图像分辨率计算

2.4.2图像坐标添加

2.4.3纹影图片旋转水平

2.4.4纹影图片边界层厚度估算

2.5实验狭缝喷管工作状况判断

2.6数值仿真方法

2.7仿真模型验证

2.7.1理论扩散问题验证

2.7.2实验验证

2.8小结

第三章 超声速后台阶狭缝喷注冷气膜流场研究

3.1实验构型

3.2后台阶无冷却气体喷注流场结构分析

3.2.1无冷却气体喷注实验时序

3.2.2后台阶流场典型结构分析

3.2.3后台阶流场温度压力分布

3.2.4后台阶流场数值仿真

3.2.5不同台阶高度对于流场结构的影响

3.3后台阶狭缝喷注未加热气膜冷却流场分析

3.3.1实验工况介绍

3.3.2冷却气体供应状态分析

3.3.3实验流场结构分析

3.3.4实验壁面温度、压力分布

3.4后台阶狭缝喷注未加热气膜冷却数值仿真

3.5后台阶狭缝喷注非匹配工况下的气膜冷却流场结构分析

3.5.1狭缝喷管处于过度膨胀工况下的流场结构

3.5.2狭缝喷管处于欠膨胀工况下的流场结构

3.6冷却气体供应压力对于气膜冷却流场结构的影响

3.7小结

第四章 超声速后台阶狭缝喷注加热气膜的流场及传热分析

4.1冷却气体加热过程分析

4.2后台阶无冷却气体喷注时热壁面流场分析

4.2.1热壁面无冷却气体喷注结果分析

4.2.2不同台阶高度下无冷却气体结果分析

4.3加热的气膜冷却实验

4.3.1实验工况介绍

4.3.2冷却气体供应状态分析

4.3.3实验后台阶流场纹影结果

4.3.4实验平板表面温度压力测量结果

4.4加热的气膜冷却数值仿真

4.5气膜冷却效率分析

4.5.1气膜冷却效率定义

4.5.2冷却效率关于时间的敏感性分析

4.6供应压力对于加热气膜冷却的影响

4.6.1不同供应压力下只有气膜存在的流场及温度、压力分布

4.6.2不同供应压力对于气膜冷却的影响

4.7冷热冷却气体条件下后台阶狭缝喷注气膜冷却流场结构的比较

4.7.1只有冷却气体喷注时的流场比较

4.7.2风洞开启时的流场比较

4.8冷却气体喷注马赫数对于气膜冷却的影响

4.8.1相同喉部、不同喷注马赫数狭缝喷管的影响

4.8.2相同出口、不同喷注马赫数狭缝喷管的影响

4.9狭缝高度对于气膜冷却的影响

4.10台阶高度对于气膜冷却的影响

4.11后台阶处边界层厚度对于气膜冷却的影响

4.12冷却气体供应温度对于气膜冷却的影响

4.13小结

第五章 入射激波对超声速后台阶狭缝喷注气膜冷却的影响

5.1激波发生器的设计

5.2不同激波发生器所产生的入射激波强度

5.3激波对于后台阶流动的影响

5.3.1激波入射位置对于后台阶流场结构的影响

5.3.2激波强度对于后台阶流动的影响

5.4激波入射位置对于气膜冷却的影响

5.4.1激波入射位置1对流场的影响

5.4.2激波入射位置2对气膜冷却的影响

5.4.3激波入射位置3对气膜冷却的影响

5.4.4激波入射位置4对气膜冷却的影响

5.4.5激波入射不同流向位置对于气膜冷却的影响

5.5激波强度对于气膜冷却的影响

5.6小结

第六章 超声速倾斜狭缝喷注气膜研究

6.1倾斜狭缝喷注气膜冷却实验件构型

6.2倾斜狭缝喷注气膜冷却流场结构分析

6.2.1倾斜狭缝具体构型

6.2.2无冷却气体喷注时的流场结构

6.2.3有冷却气体喷注时的流场结构

6.3倾斜狭缝喷注气膜冷却流场数值仿真

6.4倾斜狭缝喷注气膜冷却与后台阶狭缝喷注气膜冷却的比较

6.5供应压力对于倾斜狭缝喷注气膜冷却的影响

6.5.1冷却气体单独喷注时供应压力对于流场结构的影响

6.5.2供应压力对于流场结构的影响

6.6小结

第七章 超声速倾斜狭缝喷注气膜冷却影响因素分析

7.1相同喉部、不同马赫数倾斜狭缝喷管对于气膜冷却的影响

7.1.1在静压匹配情况时不同马赫数狭缝喷管的影响

7.1.2在相同供应压力时不同马赫数狭缝喷管的影响

7.2相同出口、不同喷注马赫数倾斜狭缝喷管对于气膜冷却的影响

7.2.1静压匹配工况时不同马赫数狭缝喷管的影响

7.2.2相同供应压力时不同马赫数狭缝喷管的影响

7.3狭缝倾斜角度对于倾斜狭缝喷注气膜冷却的影响

7.3.1相同狭缝喷管倾斜不同角度对于气膜冷却的影响

7.3.2相同出口狭缝喷管倾斜不同角度对于气膜冷却的影响

7.4倾斜狭缝展向宽度对气膜冷却流场的影响

7.5激波入射位置对于倾斜狭缝喷注气膜冷却的影响

7.5.1激波发生器产生的激波强度估算

7.5.2激波入射位置1对气膜冷却的影响

7.5.3激波入射位置2对气膜冷却的影响

7.5.4激波入射位置3对气膜冷却的影响

7.5.5激波入射不同位置对气膜冷却的影响

7.6激波入射强度对于倾斜狭缝喷注气膜冷却的影响

7.7小结

第八章 结论与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果