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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：本发明涉及飞行器热防护技术领域，具体公开了一种贯通直孔发汗结构冷却效率的快速预估方法，包括以下步骤：定义发汗结构和主流流域的几何参数；定义冷却工质、主流和发汗结构的物性参数，根据实际环境工况设置主流边界条件，利用数值模拟程序进行仿真计算，在边界条件不发生改变的情况下，冷却工质在主流流域中会进入一种动态平衡的阶段，分为三种情况，本发明可以快速且有效地预估贯通直孔发汗结构的冷却效率，同时这种方法的模块化设计使得其容易根据具体应用场景进行调整和优化。

主权项：1.一种贯通直孔发汗结构冷却效率的快速预估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、定义发汗结构和主流流域的几何参数，几何参数为发汗冷却孔的直径、长度和间距；建立计算域的几何模型，划分单元网格；S2、定义冷却工质、主流和发汗结构的物性参数，物性参数如冷却工质的热容、密度、黏度和导热系数，冷却工质为空气、水或者其他潜热高于水的有机工质中的一种；S3、根据实际环境工况设置主流边界条件，如温度、压力和流速；根据供给条件设置冷却工质入口条件；S4、利用数值模拟程序进行仿真计算，在边界条件不发生改变的情况下，冷却工质在主流流域中会进入一种动态平衡的阶段，分为三种情况，第一状态为冷却工质不能完全从发汗孔中流出，第二状态为冷却工质从发汗孔中间歇性流出形成液滴；第三状态为冷却工质在发汗结构表面形成液膜；冷却工质流动状态由以下方程求解： 其中γ是迁移率，决定了方程的时间尺度，为保持一个恒定的界面厚度，通过关系式γ＝χε2进行控制，χ为迁移率调整参数；λ是混合能量密度，ε是界面厚度参数，混合能量密度和界面厚度参数与表面张力系数σ满足如下关系式：S5、根据冷却工质流动状态不同，进行换热求解；对于第一状态，在此状态下，冷却工质相变过程在发汗孔内部进行，冷却工质会变成气态直接与主流混合，只需通过能量守恒方程来求解温度场；固相能量平衡方程为： 流体相平衡方程为 其中下标s和f分别代表固体想和流体相，在第一状态下，两式可以合并为： 其中混合性质按体积平均法求解；对于第二状态，在此状态下，发汗结构为有序排列，冷却工质流动也具有周期性，只需求解其在一个周期内的温度场；在第二状态下，固体相虚满足： 流体相需满足： 对于第三状态，在此状态下，冷却工质在发汗结构表面形成液膜覆盖发汗结构，换热过程发生在液膜表面，根据液膜厚度及对流换热系数直接求得液膜厚度方向的温度分布，得到发汗结构表面温度分布，对流换热系数由经验公式计算； 其中所述上述步骤在进行换热计算时，将相变潜热包含在材料的热容变化中，而不是在能量平衡方程中添加相变潜热。

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