高温与超音速条件下碳氢燃料发汗冷却基础问题研究

This project focuses on the key problem of heat transport in the thermal protection of the scramjet strut. This project experimentally, theoretically and numerically investigates hydrocarbon fuel transpiration cooling in microporous media structure. The research focus on the feasible transpiration cooling structure in the severe thermal environment. This project will further study the fluid low and heat transfer in mircoporous media with thermal properties variation and nonuniform porosity, phase change in microporous media, transpiration cooling mechanism in high temperature and supersonic environment and the effect of shock waves on transpiration cooling. The purpose of this project is to find the appropriate transpiration cooling structures, effective theoretical and simulation methods and experimental measurement methods. This project has sufficient scientific value and will provide solid theoretical foundation for the state high technology.

围绕超燃冲压发动机喷油支板热防护中的关键热传递问题，针对高温和超声速主流条件下支板微孔结构内碳氢燃料发汗冷却的流动和热传递问题，开展深入系统的实验研究、理论分析与数值模拟。研究特殊热环境下可行的发汗冷却结构，深入研究微尺度多孔结构内的流体的剧烈变物性和孔隙不均匀性等对微多孔结构内流动与换热的影响规律、微尺度多孔结构内部的相变换热规律、高温/超音速环境下发汗冷却的基本特性及激波对流动和发汗冷却效果的影响规律等。提出适用于喷油支板特殊热环境的发汗冷却结构、高温/超音速条件下发汗冷却的有效的理论分析和数值模拟方法及实验测量手段。本项目具有重要科学价值和学术意义，并为我国航天航空等高新技术发展提供坚实的理论基础。

本项目针对高热流密度下的热防护问题，研究了超燃冲压发动机中燃料喷注支板的发汗冷却过程，揭示了不同的支板结构以及冷却流体注入方式对发汗冷却效果的影响规律。提出了适用于支板的发汗和逆喷复合冷却方式。研究了多孔结构颗粒直径、孔隙率和孔隙尺度的不均匀性等参数对流动阻力和对流换热的影响机理与规律。研究了高温条件下颗粒直径、注入率、主流条件等对烧结多孔介质平板的单相和相变发汗冷却效果的影响。系统地发展了微细多孔结构的渗流模型和理论。阐明了孔隙尺度速度滑移现象对多孔介质宏观渗流的影响。研究了厘米级别板厚相变发汗冷却规律。研究了超声速条件下激波对发汗冷却的影响规律，提出了抑制激波影响的方法。针对气动加热较为严重的前缘结构，研究了冲击、逆喷和发汗复合冷却方法及其规律。研究了超临界压力碳氢燃料对流换热规律，建立了适用于单组份碳氢燃料正癸烷及工程燃料的对流换热关联式，得到了用于预测所实验燃料是否发生传热恶化的判据。研究了超临界压力碳氢燃料热裂解规律，提出了充分利用热裂解化学热沉增强燃料对流换热能力的措施。研究了超临界压力碳氢燃料在微多孔中结焦规律。