本發(fā)明屬于非定常薄膜冷卻，具體地說，涉及基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著航空航天、能源和高性能制造等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，高溫環(huán)境下關(guān)鍵部件的熱防護(hù)技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。薄膜冷卻作為一種通過在高溫壁面形成低溫氣膜以降低熱負(fù)荷的先進(jìn)冷卻技術(shù)，廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和高超聲速飛行器等高溫設(shè)備。然而，傳統(tǒng)連續(xù)氣膜冷卻方式在高熱流密度和復(fù)雜流動(dòng)環(huán)境中存在冷卻效率低、氣膜覆蓋不均勻等問題，難以滿足現(xiàn)代高性能熱防護(hù)系統(tǒng)的需求。為了解決上述問題，存在一些技術(shù)對冷卻射流引入脈動(dòng)，將穩(wěn)定的射流變?yōu)槊}動(dòng)射流，以產(chǎn)生大渦結(jié)構(gòu)，顯著提高氣膜的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性和覆蓋效率。典型的技術(shù)背景有：
2、①機(jī)械驅(qū)動(dòng)法（如活塞驅(qū)動(dòng)）：通過活塞的周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)氣流壓力與流量，產(chǎn)生脈動(dòng)射流，形成周期性的渦結(jié)構(gòu)。存在運(yùn)動(dòng)部件易發(fā)生卡死或損壞導(dǎo)致維護(hù)需求頻繁的問題；機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性較低，難以適應(yīng)高溫、高壓等嚴(yán)苛工況；同時(shí)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高，占用空間較大等技術(shù)缺陷。
3、②閥門周期開關(guān)法：使用機(jī)械或電動(dòng)閥門周期性開閉，調(diào)節(jié)氣流流量，從而實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)射流。存在頻繁啟閉可能導(dǎo)致閥門磨損影響長期穩(wěn)定性，高速切換時(shí)可能出現(xiàn)閥門卡死或響應(yīng)延遲問題，對環(huán)境要求較高（如溫度和壓力變化較大時(shí)）閥門可能失效等技術(shù)缺陷。
4、③聲波激勵(lì)法：通過揚(yáng)聲器或壓電陶瓷等設(shè)備產(chǎn)生聲波，周期性激勵(lì)氣流，誘導(dǎo)氣流脈動(dòng)，形成大渦結(jié)構(gòu)。存在需要額外的電源支持增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和能耗，電磁干擾和聲波與周圍環(huán)境的兼容性問題可能影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，對頻率控制要求較高，且調(diào)節(jié)不當(dāng)可能導(dǎo)致效果不顯著等技術(shù)缺陷。
5、④電磁調(diào)制法：利用電磁閥或電磁裝置周期性改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，生成脈動(dòng)射流。存在電磁元件在高溫環(huán)境下易受損影響系統(tǒng)長期穩(wěn)定性，電磁兼容性問題（emc）可能干擾其他電子設(shè)備的正常運(yùn)行，需要精密的電磁調(diào)控系統(tǒng)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)難度等技術(shù)缺陷。
6、⑤柔性擠壓法：利用柔性膜片或管道周期性變形，驅(qū)動(dòng)氣流產(chǎn)生脈動(dòng)，進(jìn)而生成渦結(jié)構(gòu)增強(qiáng)薄膜冷卻效果。存在柔性材料長時(shí)間使用后可能會(huì)發(fā)生老化、破裂或失效的問題，對柔性材料的耐溫性和耐磨性要求較高，影響系統(tǒng)的長期可靠性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，可能增加成本等技術(shù)缺陷。
7、因此，需要采用新型技術(shù)向穩(wěn)態(tài)射流輸入周期性脈動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)目標(biāo)，并有效克服傳統(tǒng)技術(shù)的不足：
8、無活動(dòng)件設(shè)計(jì)，避免了機(jī)械驅(qū)動(dòng)或閥門系統(tǒng)的磨損和卡死問題，提高了可靠性；
9、高效冷卻，通過精確調(diào)控脈沖射流的頻率與相位，可以顯著增強(qiáng)氣膜的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性和覆蓋效率，提升冷卻性能；
10、簡化結(jié)構(gòu)，減少了外部部件和復(fù)雜的電磁元件，使得系統(tǒng)更加緊湊和可靠，降低了維護(hù)成本；
11、較少的電磁干擾，避免采用電磁相關(guān)的手段以避免干擾問題，提升了系統(tǒng)的兼容性和穩(wěn)定性。
12、在此背景下，應(yīng)用流體附壁效應(yīng)設(shè)計(jì)的脈沖射流發(fā)生器技術(shù)成為理想選擇。通過無活動(dòng)件設(shè)計(jì)、簡潔的壁面流道結(jié)構(gòu)和無電磁干擾的特點(diǎn)，結(jié)合附壁效應(yīng)和流道設(shè)計(jì)，促使射流流體產(chǎn)生自激震蕩，最終將連續(xù)穩(wěn)定的入口流動(dòng)離散為兩股頻率相同、相位相反的周期性脈沖射流，分別從兩個(gè)出口流出。將穩(wěn)態(tài)射流離散為兩股周期性脈沖射流，進(jìn)而可以在相同冷卻工質(zhì)流量的條件下，實(shí)現(xiàn)對壁面更大面積的熱防護(hù)，正是本專利技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)（直接應(yīng)用單一冷卻射流）的最大優(yōu)勢，這一創(chuàng)新方式極大提高了冷卻工質(zhì)的利用效率，從而達(dá)到更高的冷卻效率。
13、有鑒于此特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：
2、基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)，包括脈沖射流發(fā)生器，設(shè)置在受防護(hù)壁面的正下方；脈沖射流發(fā)生器包括穩(wěn)態(tài)射流入口，設(shè)置在脈沖射流發(fā)生器底部中間位置；
3、脈沖射流發(fā)生器內(nèi)還設(shè)置有穩(wěn)態(tài)射流通道單元和回路單元，用于將穩(wěn)態(tài)射流轉(zhuǎn)化為兩股頻率相同、相位相反的周期性脈沖射流。
4、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述穩(wěn)態(tài)射流通道單元包括關(guān)于穩(wěn)態(tài)射流入口對稱分布的左主流道和右主流道，左主流道和右主流道的首端均與穩(wěn)態(tài)射流入口以及回路單元相連通。
5、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述回路單元包括左支回路和右支回路，其中，左支回路和右支回路均關(guān)于穩(wěn)態(tài)射流入口對稱分布在脈沖射流發(fā)生器內(nèi)部；且左支回路和右支回路的首尾端均分別與左主流道和右主流道相互連通。
6、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述脈沖射流發(fā)生器頂部還開設(shè)有左出口和右出口，左出口與左主流道尾端連通。
7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，右出口與右主流道尾端連通。
8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述左主流道和右主流道靠近穩(wěn)態(tài)射流入口處的內(nèi)壁分別為左斜壁和右斜壁；左主流道和右主流道的寬度大于左出口和右出口的寬度。
9、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
10、本發(fā)明通過增加穩(wěn)態(tài)射流入口的質(zhì)量流量，不僅可以提高射流速度，還會(huì)增加脈沖射流發(fā)生器的振蕩頻率。振蕩頻率的可控意味著每個(gè)射流周期的持續(xù)時(shí)間可控，從而使射流單周期行程比維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)。這種自調(diào)節(jié)特性使得脈沖射流發(fā)生器在動(dòng)態(tài)工況下能夠始終保持設(shè)計(jì)的最佳冷卻效率區(qū)間，為薄膜冷卻技術(shù)的高效應(yīng)用提供了可靠保障。
11、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
1.基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)態(tài)射流通道單元包括關(guān)于穩(wěn)態(tài)射流入口（8）對稱分布的左主流道（3）和右主流道（4），左主流道（3）和右主流道（4）的首端均與穩(wěn)態(tài)射流入口（8）以及回路單元相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述回路單元包括左支回路（10）和右支回路（6），其中，左支回路（10）和右支回路（6）均關(guān)于穩(wěn)態(tài)射流入口（8）對稱分布在脈沖射流發(fā)生器（1）內(nèi)部；且左支回路（10）和右支回路（6）的首尾端分別與左主流道（3）和右主流道（4）相互連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖射流發(fā)生器（1）頂部還開設(shè)有左出口（2）和右出口（5），左出口（2）與左主流道（3）尾端連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)，其特征在于，右出口（5）與右主流道（4）尾端連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于流體附壁效應(yīng)的高效非定常薄膜冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述左主流道（3）和右主流道（4）靠近穩(wěn)態(tài)射流入口（8）處的內(nèi)壁分別為左斜壁（9）和右斜壁（7）；左主流道（3）和右主流道（4）的寬度大于左出口（2）和右出口（5）的寬度。