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曲面发散冷却边界层特性研究的开题报告

一、研究背景和意义

随着航空、航天、能源等领域的发展，曲面发散冷却技术受到越来越广泛的应用。曲面发散冷却器可达到更高的热负荷，提高材料的耐热性能，同时减少机械和结构性质因空气/燃气带来的热应力，从而达到更好的热控制效果。但是，曲面发散冷却器与传统平板发散冷却器相比，其流动更为复杂，涡流的存在使得边界层热传递特性发生了较大的变化，且不同曲率半径、不同发散角度的曲面发散冷却器其热传递特性也存在较大差异。因此，曲面发散冷却器的传热与流动特性研究具有重要意义。

二、研究目的和内容

本研究旨在探究曲面发散冷却器的热传递特性及边界层特性，其中包括以下内容：

1.建立曲面发散冷却器的数学模型，分析不同曲率半径和发散角度的曲面发散冷却器的热传递特性以及边界层特性。

2.对于不同的流量和热负荷条件，分析曲面发散冷却器的传热效果，探究热流密度对其传热特性的影响。

3.研究不同壁温条件下的边界层特性，探究曲面发散冷却器的壁温分布规律。

4.基于数值模拟结果，开展实验验证，验证数值模拟结果的准确性。

三、研究方法

本研究将采用数值模拟方法和实验验证相结合的方式，具体包括以下步骤：

1.首先，基于多物理场耦合的数值模拟软件ANSYSFluent，建立曲面发散冷却器的数学模型，运用计算流体力学（CFD）方法模拟不同条件下的流动和传热过程。

2.对模拟结果进行分析，探究曲率半径和发散角度对热传递特性和边界层特性的影响，分析热传递率和对流传热系数的分布规律。

3.在模拟结果的基础上，开展实验验证，验证数值模拟结果的准确性。在实验过程中，通过测量曲面发散冷却器的温度分布、流量等参数，验证数值模拟结果的准确性。

四、预期研究成果和创新点

本研究旨在探究曲面发散冷却器的热传递特性及边界层特性，预期研究成果包括：

1.建立曲面发散冷却器的数学模型，揭示不同曲率半径和发散角度对热传递特性和边界层特性的影响，为使用曲面发散冷却器进行热控制提供依据。

2.通过数值模拟方法和实验验证相结合的方式，分析曲面发散冷却器的热传递效果，并探究其传热规律，为研发高性能曲面发散冷却器提供理论依据。

3.确定了不同壁温条件下的边界层特性，为曲面发散冷却器的优化设计提供思路。

预计本研究的创新点在于：

1.着重研究了曲面发散冷却器的边界层特性，揭示了热传递和涡流特性的相互作用关系，为曲面发散冷却器的热控制提供理论基础。

2.综合考虑了不同壁温条件下的边界层特性，为曲面发散冷却器的优化设计提供了新的方向。

3.本研究将采用数值模拟方法和实验验证相结合的方式，确保研究结果的准确性和实用性。