曲线型皱褶芯材夹层结构对流换热性能研究

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1、中图分类号：TB17论文编号：102871518-SZ009学科分类号：085233硕士学位论文曲线型皱褶芯材夹层结构对流换热性能研究研究生姓名候天骄专业类别工程硕士专业领域航天工程指导教师王志瑾教授南京航空航天大学研究生院航天学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringTheConvectiveHeatTransferPerformanceofCurved-crea

2、seFoldedSandwichStructureAThesisinAerospaceEngineeringbyHouTianjiaoAdvisedbyProf.WangZhijinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要皱褶芯材作为轻质，高比刚比强结构，具有易于制造、设计性好等优点，适用于先进高超声速飞行器的热防护系统设计。其中曲线型皱褶芯材作为一种新构型，具有比直线型皱褶芯材更优异的机械性能，包括吸能、抗冲击、承受动载荷的能力等。由于其转折处过渡光滑

4、，在向其夹层结构空腔内通入冷却液时，流体压降损失较直线型皱褶芯材更低，较少的能量输入即可获得较优的换热能力，可节约压力泵工作功耗。本文针对曲线型皱褶芯材夹层结构在强迫对流条件下的换热性能进行研究，通过CFX软件对其物理场进行仿真，研究了压力、速度、温度场流体出入口效应及周期性分布机理，量化分析了结构内特征点及特征折痕处温度分布特征。在相同外加条件下对曲线型皱褶芯材夹层结构与直线型皱褶芯材夹层结构换热性能进行对比，引入换热效率指标对二者进一步分析，发现曲线型皱褶芯材换热效率更高，经济性更优，可针对其换热效率进行优化。随后

5、分析了入口速度边界对结构换热性能及压降损失的影响，根据结构最高温度随冷却液流速变化规律得到速度阈值作为后续优化的前提条件。在此基础之上，对芯材三个几何参数H、L、W进行优化，将换热效率最大、相对密度最小作为优化目标，采用拉丁超立方抽样进行试验分析，使用Kriging代理模型提高计算效率。在得到Pareto多目标遗传算法优化前沿后，对设计变量及目标函数的整体敏感性及单一敏感性进行分析，发现目标函数对曲线型皱褶芯材曲折程度W敏感性最高，最终得到的最优解集可为实际问题中参数选择提供参考。关键词：曲线型皱褶芯材，强迫对流，主动冷

6、却，多目标遗传算法优化，Pareto前沿I曲线型皱褶芯材夹层结构对流换热性能研究ABSTRACTThefoldedcoresandwichpanelmaybeappliedinthethermalprotectionsystemofadvancedhypersonicflightvehicle,foritsvariousadvantagessuchaslight-weight,highspecificstrengthandstiffness,easytomanufacture,designable.Amongthosef

7、oldedcores,curved-creasestructurehasbettermechanicalcapacitiesthanstraight-creasestructuresinenergyabsorption,shockresistanceanddynamicloadbearing.Especially,thesmoothtransitionofcurved-creasefoldedstructurecauseslowerpressuredroplosswhenbeingreplenishedcoolantin

8、itscavities,whichsavestheenergyofpressurepump.Inthisresearch,theheatexchangeperformanceofcurved-creasesandwichpanelunderforcedconvectionisstudied.Throughthephy