石英灯辐射加热器热性能分析及结构优化

发布时间：2017-07-17 10:22

  本文关键词：石英灯辐射加热器热性能分析及结构优化

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【摘要】：石英灯辐射加热器是用来模拟飞行器与空气摩擦时的受热情形,由此确定机身材料强度能否承受气动加热产生的热应力。为保证石英灯加热器的可靠运行,本文利用数值模拟方法对其进行了热性能及结构应力分析,提出了流道结构改进方案。本文的主要研究成果如下:1.加热器模型包含不同数量级的尺寸,这给网格划分造成了困难。本文给出了多尺度模型网格划分的三种方法,分别为局部网格加密法、结构化网格、混合网格。复杂模型的网格划分推荐采用混合网格法,该方法能在保证计算精度的前提下,尽量减小计算规模。2.通过FLUENT仿真分析获得加热器的温度场与试验结果比较,结果基本吻合。在此基础上,利用ANSYS Workbench平台中的静力结构分析模块对反射板进行了热应力分析,结果表明反射板最大热应力超过其屈服强度。该仿真结果与试验过程中反射板的变形、断裂现象相符。3.为使加热器冷却系统能满足散热需求,提出了冷板流道结构的六种改进方法,分别为螺旋型结构流道、翅柱式结构流道、串并联结构流道、双S型、双螺旋S型及梯形集管并联结构。对改进后的结构进行仿真分析,结果表明加热器换热性能得到了改善,在给定的入口条件下均能将反射板最大应力控制在屈服强度以下。4.对冷却液入口速度与温度对换热的影响进行了分析,结果表明反射板的最大温度、最大应力及变形随着入口速度的增加逐渐减小,当速度增大到一定程度时,下降趋势变缓慢;而流体流动过程中的压力损失与上述情形相反。因此应综合调整冷却液的速度和温度,以便更好的满足加热器的散热需求。
【关键词】：加热器 数值模拟 温度场 热应力 结构优化
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 课题来源及研究意义17-18
• 1.2 液体冷却技术研究现状18-22
• 1.2.1 散热技术的发展趋势18-19
• 1.2.2 液冷技术研究现状19-21
• 1.2.3 典型的液冷流道结构21-22
• 1.3 本文主要研究内容22-25
• 第二章 加热器换热基本理论25-33
• 2.1 热传递基本方式25-27
• 2.1.1 热传导25-26
• 2.1.2 热对流26-27
• 2.1.3 热辐射27
• 2.2 对流传热控制方程27-29
• 2.2.1 质量守恒方程28
• 2.2.2 动量守恒方程28
• 2.2.3 能量守恒方程28-29
• 2.3 热设计基本原则29-31
• 2.3.1 热设计基本要求29-30
• 2.3.2 液冷系统的设计30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 加热器热仿真平台33-47
• 3.1 加热器物理模型33-35
• 3.2 加热器模型的建立35-37
• 3.2.1 模型简化的原则及方法35
• 3.2.2 加热器模型的简化35-37
• 3.3 加热器模型网格划分37-44
• 3.3.1 网格划分软件ICEM37-38
• 3.3.2 网格划分基本原则38-39
• 3.3.3 多尺度模型的网格划分39-41
• 3.3.4 加热器网格划分41-44
• 3.4 基于Fluent的热仿真44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 加热器热性能分析47-61
• 4.1 数值模拟前处理47-50
• 4.1.1 模型假设47
• 4.1.2 边界条件47-48
• 4.1.3 求解设置48-50
• 4.2 仿真求解50-54
• 4.2.1 网格独立性验证50-51
• 4.2.2 仿真结果分析51-53
• 4.2.3 结果对比验证53-54
• 4.3 热应力分析54-59
• 4.3.1 热应力基本理论54-55
• 4.3.2 模型创建及网格划分55-56
• 4.3.3 施加载荷及约束56-57
• 4.3.4 求解设置及结果分析57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 加热器水冷结构优化方案61-89
• 5.1 改进结构可行性分析61-80
• 5.1.1 改进结构一61-64
• 5.1.2 改进结构二64-68
• 5.1.3 改进结构三68-74
• 5.1.4 改进结构四74-76
• 5.1.5 改进结构五76-78
• 5.1.6 改进结构六78-80
• 5.2 改进方案综合比较80-81
• 5.3 进口条件对换热的影响81-87
• 5.3.1 冷却液入口温度 5℃81-83
• 5.3.2 冷却液入口温度 10℃83-85
• 5.3.3 冷却液入口温度 15℃85-87
• 5.3.4 入口温度对换热的影响87
• 5.4 本章小结87-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 总结89-90
• 6.2 展望90-91
• 参考文献91-93
• 致谢93-95
• 作者简介95-96

【参考文献】

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本文编号：553134