輕質(zhì)點(diǎn)陣主動換熱壁板熱力耦合分析.pdf

1、高溫結(jié)構(gòu)的散熱問題一直是工程領(lǐng)域普遍關(guān)注的問題，尤其是在航空航天領(lǐng)域，隨著新一代航天飛行器朝著更快、更輕量化方向的逐步發(fā)展，飛行器服役時的載荷環(huán)境變得更加復(fù)雜、更加惡劣。因此，對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)布局提出了更高的要求，既要求結(jié)構(gòu)具有良好的散熱性能以確保在高溫下不被燒蝕，又要使其滿足一定的強(qiáng)度剛度等以實(shí)現(xiàn)承載功能。為了探究能同時滿足散熱、承載以及輕量化等要求的結(jié)構(gòu)，本文提出了新型的點(diǎn)陣主動換熱壁板結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是將冷卻通道集成到點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的面板

2、中，使其既能充分發(fā)揮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的輕量化、高比剛度、高比強(qiáng)度等優(yōu)勢，又能很好地實(shí)現(xiàn)冷卻通道的流動換熱性能。因此，該結(jié)構(gòu)是一種較理想的換熱結(jié)構(gòu)，需對其進(jìn)行以下幾個方面的研究：
　　首先，采用Ansys-workbench軟件平臺對點(diǎn)陣主動換熱壁板結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的槽道式冷卻結(jié)構(gòu)的換熱性能和熱力耦合性能進(jìn)行了模擬；以結(jié)構(gòu)重量最輕、溫度最低、應(yīng)力最低以及水泵損耗功率最低為衡量指標(biāo)，分別對冷卻介質(zhì)的流速、冷卻通道的橫截面積以及蓋板的厚度進(jìn)行了初步的

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　其次，設(shè)計(jì)出內(nèi)部含條狀和格狀兩種拓?fù)錁?gòu)型冷卻通道的點(diǎn)陣主動換熱壁板結(jié)構(gòu)，研究了兩種結(jié)構(gòu)在恒定熱流載荷作用下的溫度場分布；采用順序耦合方法求解結(jié)構(gòu)的熱力耦合問題，重新定義結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格屬性，將上述得到的溫度載荷作為結(jié)構(gòu)分析時的“機(jī)械”載荷施加于整個結(jié)構(gòu)上，計(jì)算當(dāng)靜力載荷和熱流載荷共同作用時，兩種結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場和位移場，通過對比數(shù)據(jù)選出相對最優(yōu)的冷卻通道拓?fù)錁?gòu)型。
　　然后，研究了含雙層點(diǎn)陣主動換熱壁板的高溫隔熱板結(jié)構(gòu)

4、的換熱性能和熱力耦合性能。建立結(jié)構(gòu)有限元分析模型，分別取結(jié)構(gòu)材料為TC4鈦合金和304不銹鋼，以熱流載荷為單一變量，評價了兩種不同材料結(jié)構(gòu)的換熱性能；采用順序耦合方法，得出在熱流載荷和靜力載荷共同作用時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場和位移場，最終優(yōu)選出合適的高溫結(jié)構(gòu)材料。
　　最后，以含點(diǎn)陣主動換熱壁板的飛行器前緣結(jié)構(gòu)為研究對象，分別建立尖端角度為10°、20°及30°的前緣結(jié)構(gòu)有限元分析模型，考慮結(jié)構(gòu)的對流邊界條件，求解出結(jié)構(gòu)溫度場隨熱流載荷的變