攻读博士学位期间拟进行的科学研究设想(2)

博士研究生科学研究设想

（3）在上述预期工作之上，整合数值研究成果，尝试开发适用于研究所目前科研工作的图形界面程序，在此方向上预期申请1项专利。

（4）因个人对推进系统方向的兴趣，如有条件，预期开展发动机压缩系统、燃烧室系统、膨胀系统的气动数值研究，并将其与热防护传热问题相结合。

三、实验研究

1、实验研究背景

数值研究和实验研究在现在的科学研究中是相辅相成的，数值研究背景中的内容很多也同样是实验研究背景的内容，实验研究为数值研究提供基础，而数值研究又为实验研究提供指导。目前超然冲压发动机主动冷却方面较为关注的实验主要有如下两个方面。

（1）主动冷却流道设计：其结构设计方向目前国外建立了结合试验研究的若干热分析计算研究程序，并在材料和加工工艺方面有领先地位。考虑到超燃冲压发动机燃烧室的恶劣环境，壁面材料一般采用耐高温和抗腐蚀的镍基合金。针对金属材料，目前冷却通道的制造采用蚀刻和机械加工两种方法，电化学技术可以替代传统的三氯化铁蚀刻溶液对镍基耐热合金进行蚀刻，但蚀刻过程中板上电流不均匀将导致蚀刻板边缘的通道比中心区域的深，还发现蚀刻过程中通道的角有变圆的趋势[19][20]。与金属材料相比，超燃冲压发动机燃烧室使用复合材料（目前有C/C和C/SiC两种）主动冷却部件可减轻系统质量，降低结构复杂性，基于耐高温复合材料的复合主动冷却结构是一种极具应用潜力的解决方案[21]，法国、德国、美国、日本等相继开展了复合材料部件的开发验证工作，包括美国与法国合作的先进复合材料燃烧室（AC3P）计划、法国与德国合作的PTAH-SOCAR计划。

（2）碳氢燃料在超临界状态下的热物性：一是产物的成分分析，裂解的气态产物成分可以通过气相色谱仪进行分析，液态产物由于成分复杂，色谱分析的难度和误差均较大，有待改善[22]。二是化学热沉的测量。化学热沉与温度和滞留时间有关，中科院正在进行相关工作[22][23]。三是对结焦的研究。一般认为氧化结焦、金属和燃料反应形成纤维碳、裂解产物结焦是造成结焦的 3 个主要原因[24]，另外，燃料流体中存在的游离碳也会沉积在金属表面上产生碳沉积。减少结焦的方法还在继续研究[25]。 2、实验研究设想

针对目前的实验研究背景，总结如下：

（1）目前国内的冷却流道设计局限于两个方面：一是加工工艺及材料研究滞后，二是从全局热管理角度出发的流道研究较少。

（2）目前国内在碳氢燃料在超临界状态下的热物性局限于：一是测试技术的不匹配，裂

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解产物的分析、加热试验中温度与热流量测定都有待提高；二是工程应用研究多而机理研究少。

本人根据目前研究背景及个人能力，做出博士期间如下有关实验研究方向的研究设想： （1）基于目前研究所实验条件和科研项目，在超临界条件下碳氢燃料流动换热特性方面开展实验研究，并用于指导和支持数值研究以及程序开发，在此方向上预期发表一篇EI论文或SCI论文。

（2）基于目前研究所实验条件和科研项目，深入碳氢燃料裂解性质的研究，并用于指导和支持数值研究，在此方向上预期发表一篇EI论文或SCI论文。

（3）因个人对推进系统方向的兴趣，如有条件，预期开展发动机压缩系统、燃烧室系统、膨胀系统的气动实验研究，并将其与热防护传热问题相结合。

四、总结

本人通过简要分析目前的高温碳氢燃料冷却系统的研究背景，并考虑到个人的能力与局限，做出了数值研究和实验研究两方面的科研设想，由于缺少对研究前沿的把握和对报考研究所的深入了解，其科研设想必定存在诸多缺陷和实现较为困难的方面。

本人科研设想具体可归结为三个方面：一是超临界碳氢燃料流动换热特性的研究，包括数学模型的研究、实验研究及其与数值研究的对比、计算程序的开发；二是碳氢燃料裂解机理的研究，包括测试方法的改进、裂解产物的研究、有裂解的超临界碳氢燃料流动换热的数值研究；三是因个人兴趣预期开展发动机压缩系统、燃烧室系统、膨胀系统的气动研究，及其与热防护传热问题的结合。

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参考文献

[1] Review and Evaluation of the Air Force Hypersonic Technology Program.1998(6).

[2] M.H. Naraghi. A computer code for three dimensional rocket thermal evaluation, user manual for RTE2002

version 1[R]. Tara Technologies, LLC, 2002.

[3] M.H. Naraghi. Dual Regenerative Cooling Circuits for Liquid Rocket Engines[R].AIAA 2006-4939. [4] Richard M, Traci John L, Farr Jr. and Laganelli Tony. A thermal management system model for the NASA

GTX RBCC concept[R]. NASA/CR220022211587.

[5] Marc Bouchez, Emmanuel Dufour. Semi-empirical and CFD analysis of actively cooled dual-mode ramjets

[R]. AIAA 2006-8073.

[6] Bouquet. C, Hauber. B, Thebault.J. Validation of a Leak-free C/SiC Heat Exchanger Technology [R]. AIAA

2003-6918.

[7] 牛禄等. 层板推力室再生冷却通道的传热特性分析[J]. 推进技术, 2001, 22(4):290-294. [8] 李军伟,刘宇.一种计算再生冷却推力室温度场的方法[J].航空动力学报, 2004,19(4):550-556.

[9] 蒋劲,张若凌,乐嘉陵. 超燃冲压发动机再生冷却热结构设计的计算工具[J],实验流体力学, 2006, 20(3):

1-7.

[10] Huang H, Sobel K.R., Spadaccini J. Endothermic Heat-Sink of Jet Fuels for Scramjet Cooling [J].

AIAA-2002-3871:1~7

[11] HeinrichB, Luc BouhaliA, Ser F, et al. Endothermic liquid fuels: some chemical considerations on the cooling

process [J]. AIAA-2001-1785:1~12

[12] Shikhman YuM, Vinogradov V.A., Yanovski V.A., et al. The demonstrator of technologies-Dual mode scramjet

on hydrocarbon endothermic fuel [J]. AIAA-2001-1787:1~11

[13] 鲍文,李献领,秦江,周伟星,于达仁. 碳氢燃料流动换热与裂解反应的建模及仿真[J].工程热物理学报,

2011,10(10):1766-1771.

[14] Brad Hitch, Michael Karpukf. Experiment Investigation of Heat Transfer and Flow Instabilities in

Supercritical Fuels. AIAA-1997-3043:1~11

[15] Justin M. Locke, D. Brian Landrum. Uncertainty Analysis of Heat Transfer to Supercritical Hydrogen in

Cooling Channels [J]. American Institute of Aeronautics and Astronautics. 2005,4303:1~14

[16] Fengquan Zhong, Xuejun Fan, Gong Yu, et al. Heat Transfer of Aviation Kerosene at Supercritical Conditions

[J]. AIAA.2009,23(3):543-550

[17] 侯凌云,王慧,钟北京,国晓慧.超临界压力下乳化煤油传热性能数值研究[J]. 推进技术.2006,27(2):488~491 [18] 鲍文,李献领,徐志强,周伟星.超临界碳氢燃料流动换热的仿真研究[J]. 热能动力工程. 2012,1(1):107~140

6

博士研究生科学研究设想

[19] Toshihito. Saito, Shuichi Ueda, Tsutomu Yamamura, and Yuzuru Sato. Experimental study on etching method

for fabricating cooling passages in combined-cycle-engine wall. AIAA 2007-2255.

[20] Toshihito Saito, Fumiei Ono, Osamu Hayasaka, Shu-ichi Ueda, Jun-ichirou Tomike, Yoshio Wakamatsu.

Heating Evaluation Test of a Duct-shaped Cooling Structure Simulating Scramjet Combustors. AIAA 2004-2174.

[21] Masao TAKEGOSHI, Fumiei ONO, Shuichi UEDA, Toshihito SAITO, and Osamu HAYASAKA. Evaluation

by Rocket Combustor of C/C Composite Cooled Structure Using Metallic Cooling Tubes. ITST 2008-c-25. [22] 仲峰泉, 范学军, 王晶.超临界压力下航空煤油热裂解特性研究[C]. 第一届高超声速科技学术会议文集.

云南丽江, 2008.185-191.

[23] X. J. Fan, F. Q. Zhong, G. Yu, and J. G. Li. Catalytic Cracking of China No. 3Aviation Kerosene under

Supercritical Conditions. AIAA 2008-5130.

[24] 马瀚英. 航天煤油[M]. 北京: 中国宇航出版社, 2003

[25] 贺芳, 禹天福, 李亚裕. 吸热型碳氢燃料的研究进展[J]. 导弹与航天运载技术,2005(1): 26-29.

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