高溫超親水材料表面上的水噴流沸騰強(qiáng)化研究

超親水材料作為一種新型強(qiáng)化傳熱技術(shù)有著誘人的應(yīng)用前景，并將帶來(lái)傳熱學(xué)理論的新的拓展，本研究首次使用超親水材料作為高溫傳熱表面，研究超親水材料表面上水噴流沸騰冷卻的傳熱特性以及強(qiáng)化效果，探討在臨界熱流密度點(diǎn)，過(guò)渡沸騰和膜沸騰區(qū)域內(nèi)水噴流強(qiáng)制沖擊力和超親水材料的特殊物性能否大幅度增加固液接觸面積以強(qiáng)化高溫區(qū)域沸騰傳熱特性。

高超聲速流中的側(cè)噴流技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于超聲速攔截彈姿態(tài)控制、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、等離子體隱身技術(shù)等。

對(duì)于高超聲速飛行器側(cè)向噴流的機(jī)理研究，包括側(cè)向噴流干擾流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)、飛行器在飛行過(guò)程中受到的氣動(dòng)力和啟動(dòng)力矩問(wèn)題及飛行過(guò)程中的熱力環(huán)境問(wèn)題等主要是通過(guò)理論上的分析、搭建風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究和采用 CFD 模擬飛行器飛行過(guò)程的數(shù)值計(jì)算這三種方式確定的。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，大多數(shù)的流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的解析解是幾乎不能通過(guò)代數(shù)運(yùn)算得到的。

當(dāng)噴流射入來(lái)流中時(shí)，噴流對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生復(fù)雜的干擾現(xiàn)象，干擾流場(chǎng)對(duì)飛行器產(chǎn)生附加的氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩，這對(duì)精確的姿態(tài)控制是不利的，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)干擾流場(chǎng)及其對(duì)飛行器氣動(dòng)增益的影響，對(duì)于提高噴流控制的效率、保證飛行器在飛行過(guò)程中的穩(wěn)定性具有極其重要的意義。因此目前關(guān)于側(cè)向噴流的研究主要是針對(duì)側(cè)向噴流干擾流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其對(duì)飛行器的氣動(dòng)增益特性展開(kāi)的。主要有來(lái)流條件及飛行器的氣動(dòng)外形對(duì)側(cè)向噴流流場(chǎng)的影響、與噴流有關(guān)的氣動(dòng)布局對(duì)流場(chǎng)氣動(dòng)力和氣動(dòng)增益的影響、噴流介質(zhì)的真實(shí)氣體效應(yīng)和噴流的非定常效應(yīng)。

高超聲速來(lái)流中的超聲速側(cè)向噴流與來(lái)流形成的干擾流場(chǎng)非常復(fù)雜，噴流在出口附近形成各種激波結(jié)構(gòu)，同時(shí)與飛行器的外部流場(chǎng)產(chǎn)生的波系結(jié)構(gòu)發(fā)生干擾，使得各自的流場(chǎng)發(fā)生改變形成干擾流場(chǎng)，在噴口附近，還產(chǎn)生了分離流動(dòng)和旋渦等一系列的復(fù)雜流動(dòng) 。

目前的研究指出這種復(fù)雜的干擾流場(chǎng)是多種因素共同影響的結(jié)果，包括飛行器外形、來(lái)流參數(shù)、飛行馬赫數(shù)、飛行攻角、噴口位置、噴口數(shù)量、噴流壓力等。