With the development of hypersonic

With the development of hypersonic vehicles, the design of thermal protection system to keep the high lift-to-drag aerodynamic configuration and ensure the thermal structural safety during sustained severe aerodynamic heating, particularly at wing leading edge, has been one of the critical skill shortfalls. Early in 1970's, the studies of Silverstein [1] indicated that the problems mentioned above could be alleviated by heat pipes which are passive isothermal devices capable of transporting large quantities of heat over long distances. To verify the applications of heat pipes for various hypersonic vehicles, a number of analytical and numerical studies, laboratory and wind-tunnel tests have been carried out by McDonnell Douglas Corporation and NASA Langley Research Center [2], [3], [4], [5] and [6]. Since the working fluid of heat pipes will be initially in the frozen state during the reentry process, the frozen startup problem must be an important design consideration. Some one-dimensional and two-dimensional numerical models have been proposed and developed by Colwell, Chang, Tournier, Cao and Faghri [7], [8], [9] and [10]. A more recent study of Steeves [11] used an isothermal approximation to predict the behavior of a planar leading edge heat pipe, and Xiao [12] proposed a frozen startup model based on conductance capacitance network. However, it is still difficult to simulate the entire operating conditions of heat pipe, since the heat transfer limitations are neglected. The thermal protective mechanisms and coupled heat transfer characteristics of HPC TPS also need to be studied further.

In this paper, the heat transfer properties of the typical HPC TPS with the vapor-phase, solid-phase and liquid-phase coexistence inside are studied, and the numerical method of the three-dimensional heat transfer is proposed. Especially, the simulation approach considering the sonic limit of heat pipe is developed to analysis the whole process from startup state to steady state. Based on the proposed numerical method, the heat transfer characteristics of TPS and limitations of heat pipe are mainly studied, which are very important for the design and thermal safety prediction of the HPC TPS.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

กับการพัฒนายานพาหนะ hypersonic การออกแบบระบบป้องกันความร้อนเพื่อให้การกำหนดค่าอากาศพลศาสตร์ยกลากสูง และความปลอดภัยโครงสร้างระบายความร้อนระหว่าง sustained รุนแรงอากาศพลศาสตร์ความร้อน โดยเฉพาะที่ขอบปีกนำ แล้วคาดทักษะสำคัญอย่างใดอย่างหนึ่ง ในช่วงต้นยุค 1970 ศึกษา Silverstein [1] ระบุว่า ปัญหาดังกล่าวข้างต้นอาจจะ alleviated โดยท่อความร้อนที่มีความสามารถในการขนส่งปริมาณมากของความร้อนไกล ๆ isothermal แฝงอุปกรณ์ การตรวจสอบโปรแกรมประยุกต์ของท่อความร้อนต่าง ๆ ยานยนต์ hypersonic จำนวนตัวเลข และวิเคราะห์ศึกษา ทดสอบอุโมงค์ลมและห้องปฏิบัติมีการดำเนินการ โดย บริษัทแมคดอนเนลล์ดักลาสและ NASA ลแลงเกลย์ศูนย์วิจัย [2], [3], [4], [5] และ [6] เนื่องจากน้ำทำความร้อนท่อจะเริ่มต้นในสภาพแช่แข็งระหว่างการ reentry ปัญหาเริ่มต้นแช่แข็งต้องพิจารณาการออกแบบที่สำคัญ บางรุ่นที่ตัวเลข one-dimensional และสองมิติได้นำเสนอ และพัฒนา โดย Colwell ช้าง Tournier โจ และ Faghri [7], [8], [9] [10] และ การศึกษาล่าสุดของ Steeves [11] ใช้ประมาณการ isothermal จะทำนายพฤติกรรมของระนาบชั้นความร้อนท่อ และเสี่ยว [12] การนำเสนอแบบจำลองเริ่มต้นแช่แข็งตามเครือข่ายของความต้านทาน อย่างไรก็ตาม มันจะยังคงยากที่จะจำลองสภาพดำเนินงานทั้งหมดของท่อร้อน เนื่องจากข้อจำกัดในการถ่ายโอนความร้อนอยู่ที่ไม่มีกิจกรรม กลไกการป้องกันความร้อนและลักษณะการถ่ายโอนความร้อนควบคู่ของ HPC TPS ยังจำเป็นต้องศึกษาเพิ่มเติมในเอกสารนี้ คุณสมบัติถ่ายโอนความร้อนของ TPS HPC ทั่วไปกับไอน้ำเฟส เฟสของแข็ง และ เฟสของเหลวมีอยู่ร่วมกันภายในได้ศึกษา และเสนอวิธีการถ่ายเทความร้อนสามมิติแทน โดยเฉพาะ วิธีการจำลองการพิจารณาจำนวนความร้อนท่อโซนิคคือพัฒนาเพื่อวิเคราะห์กระบวนการทั้งหมดจากสถานะเริ่มต้นจะคงสถานะ ขึ้นอยู่กับวิธีการนำเสนอตัวเลข ลักษณะการถ่ายโอนความร้อนของ TPS และข้อจำกัดของท่อร้อนเป็นส่วนใหญ่ศึกษา ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับทำนายความปลอดภัยออกแบบและความร้อนของ HPC TPS

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

กับการพัฒนาของยานพาหนะความเร็ว, การออกแบบระบบป้องกันความร้อนเพื่อให้ยกไปลากกำหนดค่าพลศาสตร์สูงและมั่นใจในความปลอดภัยของโครงสร้างความร้อนในช่วงอากาศพลศาสตร์ความร้อนที่รุนแรงอย่างต่อเนื่องโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ขอบปีกชั้นนำได้รับหนึ่งในทักษะที่สำคัญไข . ในช่วงต้นปี 1970 การศึกษาของเวอร์ [1] ระบุว่าปัญหาดังกล่าวข้างต้นจะได้รับการบรรเทาโดยท่อความร้อนซึ่งเป็นอุปกรณ์ isothermal เรื่อย ๆ ที่มีความสามารถในการขนส่งจำนวนมากของความร้อนในระยะทางไกล เมื่อต้องการตรวจสอบการใช้งานของท่อความร้อนสำหรับยานพาหนะความเร็วต่าง ๆ จากการศึกษาวิเคราะห์และตัวเลขทางห้องปฏิบัติการและการทดสอบในอุโมงค์ลมที่ได้รับการดำเนินการโดย McDonnell Douglas คอร์ปอเรชั่นและนาซาแลงก์ลีย์ศูนย์วิจัย [2], [3] [4] [5] และ [6] ตั้งแต่สารทำงานของท่อความร้อนจะเป็นครั้งแรกในรัฐแช่แข็งในระหว่างกระบวนการย้อน, ปัญหาการเริ่มต้นแช่แข็งจะต้องมีการพิจารณาการออกแบบที่สำคัญ บางหนึ่งมิติและสองมิติแบบจำลองเชิงตัวเลขได้รับการเสนอและพัฒนาโดย Colwell, ช้าง, Tournier เฉาและ Faghri [7] [8] [9] และ [10] การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ของ Steeves [11] ใช้ประมาณ isothermal ที่จะทำนายพฤติกรรมของภาพถ่ายชั้นนำท่อความร้อนขอบและเสี่ยว [12] เสนอรูปแบบเริ่มต้นแช่แข็งอยู่บนพื้นฐานของความจุเครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้า แต่ก็ยังคงเป็นเรื่องยากที่จะจำลองสภาพการใช้งานทั้งหมดของท่อความร้อนเนื่องจากข้อ จำกัด ของการถ่ายเทความร้อนจะถูกทอดทิ้ง กลไกการป้องกันความร้อนและลักษณะการถ่ายโอนความร้อนของ HPC TPS คู่ยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม. ในกระดาษนี้คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของ TPS HPC ทั่วไปที่มีไอเฟสเฟสที่มั่นคงและอยู่ร่วมกันของเหลวเฟสภายในมีการศึกษา และวิธีการเชิงตัวเลขของการถ่ายเทความร้อนสามมิติจะเสนอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีการจำลองการพิจารณาวงเงินเสียงของท่อความร้อนที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อการวิเคราะห์กระบวนการทั้งหมดเริ่มต้นจากรัฐเพื่อความมั่นคงของรัฐ ขึ้นอยู่กับวิธีการเชิงตัวเลขเสนอลักษณะการถ่ายโอนความร้อนของ TPS และข้อ จำกัด ของท่อความร้อนส่วนใหญ่มีการศึกษาซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับการออกแบบและการทำนายความปลอดภัยทางความร้อนของ HPC TPS

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

กับการพัฒนาของยานพาหนะไฮเปอร์โซนิก , การออกแบบระบบป้องกันความร้อนให้ยกสูงลากค่าอากาศพลศาสตร์และมั่นใจในความปลอดภัยของโครงสร้างในพลศาสตร์ความร้อนความร้อนอย่างรุนแรง โดยเฉพาะปีกที่ขอบชั้นนำที่ได้รับหนึ่งของบุคคลทักษะสำคัญ ในช่วงต้นปี 1970 ,การศึกษา ซิลเวอร์สไตน์ [ 1 ] พบว่า ปัญหาข้างต้นสามารถ alleviated โดยความร้อนท่อซึ่งจะสามารถขนส่งอุปกรณ์เรื่อยๆอุณหภูมิขนาดใหญ่ปริมาณของความร้อนผ่านทางไกล เพื่อตรวจสอบการใช้งานของท่อความร้อนสำหรับยานพาหนะไฮเปอร์โซนิกต่าง ๆ จำนวนของการศึกษาเชิงวิเคราะห์และเชิงตัวเลข ,ห้องปฏิบัติการและการทดสอบในอุโมงค์ลมได้ถูกดำเนินการโดยบริษัทแมคดอนเนลล์ดักลาสและศูนย์วิจัยนาซ่าแลงลีย์ [ 2 ] , [ 3 ] , [ 4 ] , [ 5 ] [ 6 ] เมื่อสารทำงานของท่อความร้อนจะเริ่มต้นในรัฐตรึงในระหว่าง reentry , แช่แข็งเริ่มต้นปัญหาต้องพิจารณาการออกแบบที่สำคัญมีมิติเดียว และรูปแบบตัวเลขสองมิติได้ถูกเสนอและพัฒนาโดยโคลเวลล์ , ช้าง , tournier , CaO และ faghri [ 7 ] , [ 8 ] , [ 9 ] และ [ 10 ] การศึกษาล่าสุดของสตีวึส [ 11 ] ใช้ในการคำนวณเพื่อทำนายพฤติกรรมของระนาบขอบนำท่อความร้อนและเสี่ยว [ 12 ] เสนอแช่แข็งเริ่มต้นแบบตามเครือข่ายความจุความนำ . อย่างไรก็ตามมันยังคงยากที่จะจำลองทั้งหมด เงื่อนไขของท่อความร้อน เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนข้อจะถูกละเลย กลไกป้องกันความร้อนและคู่คุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนของ HPC TPS ยังต้องศึกษาเพิ่มเติม

ในกระดาษนี้ , การถ่ายโอนความร้อน คุณสมบัติของทั่วไป HPC TPS กับไอเฟสส่วน และของเหลวการอยู่ร่วมกันภายใน โดยศึกษาและวิธีเชิงตัวเลขของการถ่ายเทความร้อนสามมิติมีการเสนอ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การจำลองวิธีการพิจารณาวงเงินโซนิคของท่อความร้อนได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อวิเคราะห์กระบวนการทั้งหมดจากสถานะการ steady state ขึ้นอยู่กับตัวเลขที่เสนอโดยคุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนของท่อความร้อนแบบ TPS และข้อจำกัดของการศึกษาเป็นหลัก ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญมากสำหรับการออกแบบและความร้อนตู้คำทำนายของ HPC TPS .