攻讀博士學(xué)位期間擬進(jìn)行的科學(xué)研究設(shè)想

博士研究生科學(xué)研究設(shè)想研究方向：高溫碳?xì)淙剂侠鋮s系統(tǒng)的不穩(wěn)定性研究申請(qǐng)人：XXX報(bào)考導(dǎo)師：XXX教授2013年9月28日

目錄一、前言 碳?xì)淙剂系膫鳠醾髻|(zhì)性能，計(jì)算燃油的熱沉[10]；美國也利用了多維模型模擬熱流密度和流量對(duì)碳?xì)淙剂洗呋摎涞男阅苡绊?，并利用?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。法國為了評(píng)估燃油的熱沉，利用軟件得到燃油反應(yīng)中各個(gè)組分的熵，從而得到燃油的熱值[11]。捷克通過對(duì)燃油建立熱力學(xué)模型以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，模擬燃料熱裂解性能，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合很好。俄國建立結(jié)焦模型，湍流模型，通過傳熱邊界條件，并利用碳?xì)淙剂狭呀獾膶?shí)驗(yàn)結(jié)果，指導(dǎo)數(shù)值模擬計(jì)算；俄國通過編制三維流動(dòng)模型模擬燃油裂解性質(zhì)，估算真實(shí)條件下燃油的熱沉[12]。國內(nèi)對(duì)應(yīng)用于高超聲速飛行器方面的碳?xì)淙剂系臒崃呀鈹?shù)值模擬研究起步較晚，鮑文、周偉星等提出了一個(gè)一維非穩(wěn)態(tài)模型來研究碳?xì)淙剂系牧呀夥磻?yīng)與流動(dòng)換熱過程的耦合特性[13]。（3）超臨界條件下碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)換熱特性方面：BradHitch等人對(duì)超臨界條件下碳?xì)淙剂系膿Q熱特性研究表明在浮力效果對(duì)換熱特性有一定的影響[14]。JustinM.Locke在文章中探討了以往熱的超臨界氫的傳熱關(guān)系式和氫屬性數(shù)據(jù)不確定性的影響，表明屬性數(shù)據(jù)的不確定性可高達(dá)10％[15]。國內(nèi)方面，中國科學(xué)研究院范學(xué)軍、俞剛等對(duì)跨臨界區(qū)煤油的傳熱流動(dòng)特性進(jìn)行了研究，但是統(tǒng)一的換熱特征表達(dá)式由于跨臨界煤油換熱流動(dòng)的復(fù)雜性未給出[16]；清華大學(xué)侯凌云等人開展了對(duì)乳化煤油的傳熱性能的數(shù)值研究，研究了熱流密度和析碳對(duì)乳化煤油換熱的影響[17]；哈爾濱工業(yè)大學(xué)鮑文等人就超臨界碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)換熱展開了仿真研究，建立了適用于溫度、壓力大范圍變化的超臨界碳?xì)淙剂蠐Q熱特性研究的一維模型[18]。2、數(shù)值研究設(shè)想針對(duì)目前的數(shù)值研究背景，總結(jié)如下：（1）在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國外已經(jīng)設(shè)計(jì)開發(fā)多個(gè)專項(xiàng)程序，并已經(jīng)開發(fā)綜合熱管理分析程序；國內(nèi)目前處在設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型及專項(xiàng)軟件開發(fā)階段。（2）在碳?xì)淙剂狭呀庑再|(zhì)的數(shù)值研究方面，美國較為領(lǐng)先，國外在建立熱力學(xué)模型以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型方面的工作較多；國內(nèi)目前在碳?xì)淙剂狭呀庑再|(zhì)的數(shù)值研究目前還在起步階段，國內(nèi)目前的裂解模型誤差較大。（3）超臨界條件下碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)換熱特性方面，國外研究起步較早，法國已建立仿真平臺(tái)；國內(nèi)研究也取得階段性成果，哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力研究所建立了適用于溫度、壓力大范圍變化的一維模型。本人根據(jù)目前研究背景及個(gè)人能力，做出博士期間如下有關(guān)數(shù)值研究方向的研究設(shè)想：（1）針對(duì)目前已有超臨界碳?xì)淙剂蠐Q熱特性研究的一維模型，進(jìn)行改進(jìn)和提高，在此方向上預(yù)期發(fā)表一篇EI論文。（2）深入所內(nèi)目前碳?xì)淙剂狭呀庑再|(zhì)的研究，在改進(jìn)模型的基礎(chǔ)上，嘗試將其研究成果和改進(jìn)模型進(jìn)行融合，并與實(shí)驗(yàn)研究相互配合，在此方向上預(yù)期發(fā)表一篇EI論文或SCI論文。（3）在上述預(yù)期工作之上，整合數(shù)值研究成果，嘗試開發(fā)適用于研究所目前科研工作的圖形界面程序，在此方向上預(yù)期申請(qǐng)1項(xiàng)專利。（4）因個(gè)人對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)方向的興趣，如有條件，預(yù)期開展發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮系統(tǒng)、燃燒室系統(tǒng)、膨脹系統(tǒng)的氣動(dòng)數(shù)值研究，并將其與熱防護(hù)傳熱問題相結(jié)合。三、實(shí)驗(yàn)研究1、實(shí)驗(yàn)研究背景數(shù)值研究和實(shí)驗(yàn)研究在現(xiàn)在的科學(xué)研究中是相輔相成的，數(shù)值研究背景中的內(nèi)容很多也同樣是實(shí)驗(yàn)研究背景的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)研究為數(shù)值研究提供基礎(chǔ)，而數(shù)值研究又為實(shí)驗(yàn)研究提供指導(dǎo)。目前超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)冷卻方面較為關(guān)注的實(shí)驗(yàn)主要有如下兩個(gè)方面。（1）主動(dòng)冷卻流道設(shè)計(jì)：其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向目前國外建立了結(jié)合試驗(yàn)研究的若干熱分析計(jì)算研究程序，并在材料和加工工藝方面有領(lǐng)先地位。考慮到超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的惡劣環(huán)境，壁面材料一般采用耐高溫和抗腐蝕的鎳基合金。針對(duì)金屬材料，目前冷卻通道的制造采用蝕刻和機(jī)械加工兩種方法，電化學(xué)技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的三氯化鐵蝕刻溶液對(duì)鎳基耐熱合金進(jìn)行蝕刻，但蝕刻過程中板上電流不均勻?qū)?dǎo)致蝕刻板邊緣的通道比中心區(qū)域的深，還發(fā)現(xiàn)蝕刻過程中通道的角有變圓的趨勢[19][20]。與金屬材料相比，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室使用復(fù)合材料（目前有C/C和C/SiC兩種）主動(dòng)冷卻部件可減輕系統(tǒng)質(zhì)量，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，基于耐高溫復(fù)合材料的復(fù)合主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)是一種極具應(yīng)用潛力的解決方案[21]，法國、德國、美國、日本等相繼開展了復(fù)合材料部件的開發(fā)驗(yàn)證工作，包括美國與法國合作的先進(jìn)復(fù)合材料燃燒室（AC3P）計(jì)劃、法國與德國合作的PTAH-SOCAR計(jì)劃。（2）碳?xì)淙剂显诔R界狀態(tài)下的熱物性：一是產(chǎn)物的成分分析，裂解的氣態(tài)產(chǎn)物成分可以通過氣相色譜儀進(jìn)行分析，液態(tài)產(chǎn)物由于成分復(fù)雜，色譜分析的難度和誤差均較大，有待改善[22]。二是化學(xué)熱沉的測量?；瘜W(xué)熱沉與溫度和滯留時(shí)間有關(guān)，中科院正在進(jìn)行相關(guān)工作[22][23]。三是對(duì)結(jié)焦的研究。一般認(rèn)為氧化結(jié)焦、金屬和燃料反應(yīng)形成纖維碳、裂解產(chǎn)物結(jié)焦是造成結(jié)焦的3個(gè)主要原因[24]，另外，燃料流體中存在的游離碳也會(huì)沉積在金屬表面上產(chǎn)生碳沉積。減少結(jié)焦的方法還在繼續(xù)研究[25]。2、實(shí)驗(yàn)研究設(shè)想針對(duì)目前的實(shí)驗(yàn)研究背景，總結(jié)如下：（1）目前國內(nèi)的冷卻流道設(shè)計(jì)局限于兩個(gè)方面：一是加工工藝及材料研究滯后，二是從全局熱管理角度出發(fā)的流道研究較少。（2）目前國內(nèi)在碳?xì)淙剂显诔R界狀態(tài)下的熱物性局限于：一是測試技術(shù)的不匹配，裂解產(chǎn)物的分析、加熱試驗(yàn)中溫度與熱流量測定都有待提高；二是工程應(yīng)用研究多而機(jī)理研究少。本人根據(jù)目前研究背景及個(gè)人能力，做出博士期間如下有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究方向的研究設(shè)想：（1）基于目前研究所實(shí)驗(yàn)條件和科研項(xiàng)目，在超臨界條件下碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)換熱特性方面開展實(shí)驗(yàn)研究，并用于指導(dǎo)和支持?jǐn)?shù)值研究以及程序開發(fā)，在此方向上預(yù)期發(fā)表一篇EI論文或SCI論文。（2）基于目前研究所實(shí)驗(yàn)條件和科研項(xiàng)目，深入碳?xì)淙剂狭呀庑再|(zhì)的研究，并用于指導(dǎo)和支持?jǐn)?shù)值研究，在此方向上預(yù)期發(fā)表一篇EI論文或SCI論文。（3）因個(gè)人對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)方向的興趣，如有條件，預(yù)期開展發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮系統(tǒng)、燃燒室系統(tǒng)、膨脹系統(tǒng)的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究，并將其與熱防護(hù)傳熱問題相結(jié)合。四、總結(jié)本人通過簡要分析目前的高溫碳?xì)淙剂侠鋮s系統(tǒng)的研究背景，并考慮到個(gè)人的能力與局限，做出了數(shù)值研究和實(shí)驗(yàn)研究兩方面的科研設(shè)想，由于缺少對(duì)研究前沿的把握和對(duì)報(bào)考研究所的深入了解，其科研設(shè)想必定存在諸多缺陷和實(shí)現(xiàn)較為困難的方面。本人科研設(shè)想具體可歸結(jié)為三個(gè)方面：一是超臨界碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)換熱特性的研究，包括數(shù)學(xué)模型的研究、實(shí)驗(yàn)研究及其與數(shù)值研究的對(duì)比、計(jì)算程序的開發(fā)；二是碳?xì)淙剂狭呀鈾C(jī)理的研究，包括測試方法的改進(jìn)、裂解產(chǎn)物的研究、有裂解的超臨界碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)換熱的數(shù)值研究；三是因個(gè)人興趣預(yù)期開展發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮系統(tǒng)、燃燒室系統(tǒng)、膨脹系統(tǒng)的氣動(dòng)研究，及其與熱防護(hù)傳熱問題的結(jié)合。

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