极端环境下接触缝隙的热-流-固耦合关系及性能表征研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11272042
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0814.极端条件下材料与结构力学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

In the extreme environment of high temperature and high pressure gas flow, the ablation is inevitable and remarkable on the thermal protection layer of spacecraft. To meet the needs of structures and applications, several kinds of gaps should be designed in the thermal protection structure. Non-uniform distribution of heat flux and pressure result in the geometrical deformation of the gaps, or even the contact in some areas of gaps (namely contact-gaps), and contact-gaps will bring about a more complex thermal-fluid- solid coupling problem. Under the background of great demands for thermal protection of the spacecraft, gaps in the nozzle of solid rocket motor are regarded as the main object of study. Firstly, this project designs a set of test system and test methods to obtain the heat-flux distribution in gaps, specially does the experiment of the local thermal effect in typical gaps. Secondly, based on the technology of cloud computation, a Lagrange vortex method will be developed to simulate the gas flow in gaps under the complex boundary conditions. Thirdly, in order to analyze the thermal-fluid-solid coupling relationships in contact-gaps, this project combines with the finite element method, finite difference method and dilating vortex particle method on the basis of the experimental data and multidisciplinary theory such as heat transfer, ablation science, computational fluid dynamics and so on. Then, this project will be able to reveal the mechanism of local thermal effect in gaps in the extreme environment and explore an evaluation method about the local thermal effect in gaps. Finally, based on the above findings, we will bring to light a new characteristic parameter defining the gap the local thermal effect by using the random mathematical methods and statistical theory. This study will promote the development of interdisciplinary, which has both the important theoretical significance and the important defense application value.
航天飞行器在高温、高压气流的极端环境中服役,热防护层常出现烧蚀现象;由于结构和应用的需要,热防护结构必须设计各种缝隙;热流和压力的不均匀性将导致缝隙的形状变化,甚至部分接触;接触缝隙将引起更复杂的热-流-固耦合问题。本项目将以固体火箭发动机喷管喉衬上缝隙为主要研究对象,设计一套缝隙热流的测试系统与方法,对典型缝隙的局部热效应进行测试,建立相关缝隙热流的动力学模型;基于云计算平台技术,改进拉格朗日涡方法,研制专用软件来模拟复杂边界条件下的缝隙气流;基于试验数据,利用传热学、烧蚀学、计算流体动力学等多学科的交叉与渗透,结合有限元法、差分法与胀量涡方法,分析接触缝隙的热-流-固耦合关系,揭示极端环境下接触缝隙局部热效应的机理;基于以上研究,应用随机数学和统计学理论提炼出缝隙局部热效应的表征参量,有利于缝隙局部失效的评价。本研究将推进交叉学科的发展,具有重要的理论意义,又具有重要的国防应用价值。

结项摘要

航天飞行器由于结构和应用的需要,热防护结构必须设计各种缝隙;热流和压力的不均匀性将导致缝隙的形状变化,甚至部分接触;接触缝隙将引起更复杂的热-流-固耦合问题,对飞行器热防护科学和技术提出了严峻的挑战。. 本项目实施以来,紧紧围绕“极端环境下缝隙的热-流-固耦合关系”的关键科学问题,开展了系统性基础研究,取得了如下重要创新成果:.一、.采用理论分析、模型实验与数值模拟相结合研究手段,发挥多学科的交叉创新的优势,用“复合材料、结构、流场、热、烧蚀”一体化的思想研究了接触缝隙的热-流-固耦合问题,探索了极端环境下缝隙热流变化的规律,揭示了接触缝隙局部热效应的机理,提炼出接触缝隙局部热效应的性能表征参数。.二、.提出了超高音速飞行模拟的新策略与新技术,开发了超高音速飞行计算流体动力学精细化数值模拟平台,建立了超音速飞行器上接触缝隙的热-流-固耦合模拟系统,实现了对接触缝隙局部热效应从简单效应分析到多效应耦合的全过程分析的跨越。. 在本项目资助下,研究组成员发表论文33篇,其中22篇SCI收录、2篇EI收录;出版中文专著1部;已授权发明专利2项,软件著作权1项;国际学术会议报告3次,国内学术会议报告7次。培养博士研究生6名,硕士研究生8名,为我国航天工程培养了一支多学科交叉合作、年富力强的高水平研究队伍。本项目研究将推进交叉学科的发展,具有重要的理论意义,又具有重要的航天工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(0)
Modeling in Thermal Behavior of Charring Materials
炭化材料热行为建模
  • DOI:
    10.3970/cmc.2014.043.175
  • 发表时间:
    2014-10
  • 期刊:
    CMC
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    LI Weijie;Huang Haiming
  • 通讯作者:
    Huang Haiming
NUMERICAL STUDY ON AERODYNAMIC HEAT OF HYPERSONIC FLIGHT
高超声速飞行气动热的数值研究
  • DOI:
    10.2298/tsci1603939h
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Thermal Science
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Huang Haiming;Xu Jing;Xie Weihua;Xu Xiaoliang
  • 通讯作者:
    Xu Xiaoliang
Nonlinear analysis on thermal behavior of charring materials with surface ablation
表面烧蚀炭化材料热行为的非线性分析
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.004
  • 发表时间:
    2015-05-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Li, Weijie;Huang, Haiming;Zhao, Zhe
  • 通讯作者:
    Zhao, Zhe
Nonlinear pyrolysis layer model for thermal behavior of nonhomogeneous charring materials
非均质炭化材料热行为的非线性热解层模型
  • DOI:
    10.1002/app.42331
  • 发表时间:
    2015-08
  • 期刊:
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    LI Weijie;Huang Haiming
  • 通讯作者:
    Huang Haiming
Numerical simulation on gap effect in supersonic flow
超声速流动间隙效应的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Theoretical & Applied Mechanics Letters
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Huang Haiming
  • 通讯作者:
    Huang Haiming

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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    俞强
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    黄海明;李晓林
  • 通讯作者:
    李晓林

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黄海明的其他基金

极端环境下复合材料复杂结构/防热一体化引起的多场耦合机理及其分析方法研究
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  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
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  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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