摘要：提出了一种将皱褶芯材夹层板与主动冷却相结合的承载-热防护一体化结构形式。以煤油为冷却液,在强迫对流条件下,采用数值仿真方法对V-型和M-型皱褶芯材夹层板的热力响应进行了研究。首先,建立了主动冷却皱褶芯材夹层板的三维流固耦合模型,应用共轭传热数值计算方法,求解获得了冷却液和结构的温度场;采用顺序耦合求解,得到了相应的结构应力场和变形场。结果表明,实施主动冷却后皱褶结构的换热性能明显提高;沿流向温度上升,并呈现周期性波动;结构的皱褶在加强对流换热的同时,也导致了应力集中。芯材胞元拓扑构型及几何尺寸对结构的换热性能和应力应变具有一定程度的影响。与V-型相比,M-型皱褶结构的应力集中现象得到了较大缓解。

摘要：皱褶芯材夹层结构经过合理的设计,可作为一体化热防护结构应用于航空航天领域。以 V-型皱褶芯材一体化热防护结构作为研究对象,给出了针对 V-型皱褶芯材等效热传导系数的修正混合定律,从而建立了结构沿厚度方向的一维等效传热模型。同时,对详细的三维模型进行稳态传热分析,得到了由拉丁超立方抽样方法生成的各个样本点的等效热传导系数,并与采用修正混合定律计算得到的结果进行了对比。最后,在典型再入环境下进行瞬态传热分析,对比了三维模型和一维模型各部分的温度变化。经过修正的混合定律能够较精确地描述等效热传导系数;基于该等效热传导系数的一维模型可有效地预测沿结构厚度方向各点的温度响应。

摘要：为考察主动冷却式一体化热防护结构用V型皱褶芯材夹层结构的性能,文章采用Fluent软件模拟受恒定热流载荷皱褶芯材夹层板在强制对流条件下的传热过程,分析其换热特性和流道内流体流动规律;并在分析皱褶芯材夹层板中正三角和倒三角2种流道换热性能差异的基础上,提出相邻流道流向相反的改进方案。该方案可提高冷却剂的利用率,使结构温度分布更加均匀。相比于具有相同几何参数的波纹芯材夹层板,皱褶芯材夹层板具有更好的换热性能,但同时以更大的当量密度和进出口压降损失为代价。比较几种常用的热效率指标,并定义了一种同时考虑换热性能、泵功率和结构质量的热效率指标,再分别以不同的热效率指标为目标函数,对皱褶芯材的几何参数L、W和S进行初步优化设计。

摘要：V型皱褶芯材夹层结构与强迫对流冷却相结合,可应用于高超声速飞行器或大功率电子器件承载和散热的多功能设计。文章采用数值仿真方法对强迫对流条件下V型皱褶芯材夹层结构的换热及其产生的热应力进行研究,获得了相应的速度场、温度场及结构热应力分布。结果表明:强迫对流条件下,V型皱褶芯材夹层结构的换热性能明显提高,同时导致较大的压力损失。流体速度场随着几何构型的改变而发生周期性的变化,在结构偏折处波峰一侧流速达到最大,对流换热得到增强;沿着冷却液流动方向,结构与冷却液的温度逐渐升高,并伴随着周期性的波动;皱褶芯材夹层结构的整体换热能力随着入口流速的增大而增强。热流输入侧的面板热应力和变形均较大,结构皱褶部位存在应力集中。