冷屏蔽系统相变制冷模拟研究

论文摘要

弹道导弹在飞行过程中会产生很强的热辐射,而红外隐身技术正是致力于消除、降低这种辐射达到隐身的目的。红外隐身技术中的冷屏蔽系统是运用低温制冷剂(液氮)相变制冷的基本原理,采用冷却冷屏蔽系统外壁面的方法,以达到降低其红外辐射特性。冷屏蔽系统已成为红外隐身技术的一项重要研究方向,在目标外部装载冷屏蔽系统,使目标的红外辐射特征尽量与太空背景或天体相近,可以大大缩短其被红外探测器探测到的距离,极大地提高了拦截的难度,对于提高弹道导弹的突防能力具有非常重要的意义。由于液氮吸热发生相变产生气液两相流,故采用FLUENT软件中的多相流模型,将多相流模型的混合物模型(Mixture)运用到液氮相变制冷的数值模拟中,并通过用户自定义函数(UDF)实现相间质量和能量的传递。通过适当简化建立了冷屏蔽系统的三维模型,根据实际工作条件作为边界条件,进行求解设置和具体的数值模拟。根据数值模拟获得的结果,对冷屏蔽系统外壁面的温度分布、内部的压力分布、速度分布、含气率分布等参数的变化规律进行分析和总结,表明冷屏蔽系统能够满足预期目标。获得的结论对冷屏蔽系统的优化设计具有一定的参考价值和指导意义。同时表明采用FLUENT软件能够很好地实现冷屏蔽系统液氮相变制冷的数值模拟,是一条节约投资、减少浪费、方便、可行的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 弹道导弹红外辐射特性
• 1.1.2 红外隐身技术
• 1.1.3 冷屏蔽系统
• 1.2 研究本课题的意义
• 1.3 研究状况
• 1.3.1 采用的研究方法
• 1.3.2 国内外研究状况
• 1.4 研究课题的来源及主要研究内容
• 1.4.1 课题的来源
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 数值计算方法
• 2.1 两相流模型概述
• 2.2 CFD 数值计算方法概述
• 2.2.1 CFD 数值计算过程
• 2.2.2 FLUENT 软件简介
• 2.3 FLUENT 软件中的多相流模型
• 2.4 混合物模型的控制方程
• 2.5 两相流湍流的模拟方法
• 2.5.1 标准两方程模型
• 2.5.2 RNG 两方程模型
• 2.6 两相流的固壁处理方法
• 2.7 气液相变的用户自定义函数（UDF）
• 2.7.1 用户自定义函数简介
• 2.7.2 源项模型
• 本章小结
• 第3章 建模及求解设置
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 物理模型的建立
• 3.1.2 数值模型的建立
• 3.2 网格划分
• 3.3 指定边界区域
• 3.4 求解参数的设定
• 3.4.1 求解器
• 3.4.2 多相流模型
• 3.4.3 能量方程
• 3.4.4 湍流模型
• 3.4.5 材料物性设置
• 3.4.6 运行环境
• 3.4.7 边界条件
• 3.4.8 离散格式与欠松弛因子
• 3.4.9 求解限制项
• 3.4.10 监视参数
• 3.4.11 流场初始化
• 本章小结
• 第4章 数值模拟结果与分析
• 4.1 数值模拟结果
• 4.1.1 t=5min 时各参数分布
• 4.1.2 t=10min 时各参数分布
• 4.1.3 t=20min 时各参数分布
• 4.1.4 t=30min 时各参数分布
• 4.2 数值模拟结果分析
• 本章小结
• 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录
• 附录B 液氮相变程序