钨铜合金发汗喷管喉部的热–流–力耦合模型是怎样的？
钨铜合金常用于高热负荷喷管，如火箭发动机喷管的喉部，原因是其：
（1）钨提供高温强度和耐热性，（2）铜提供良好的导热性，（3）发汗冷却（transpiration cooling）可以通过微孔让冷剂渗透，降低壁面温度。因此喉部的工作环境涉及：
（1）高温高压燃气流动，（2）喷管材料热传导，（3）结构热应力和气动力应力
这就需要热–流–力耦合模型。
- 钨铜合金发汗喷管喉部的热–流–力耦合模型建模思路
2.1 流场（流体力学）模型
假设燃气为可压缩理想气体
基本控制方程：Navier-Stokes方程 + 能量方程
发汗冷却边界条件：通过壁面孔口定义流体注入速度与温度
2.2 热传导（固体）模型
钨铜合金热导率 随温度变化
基本方程：非稳态热传导方程
边界条件：壁面与燃气流耦合（对流边界条件）
2.3 结构力学模型
考虑热应力 + 压力载荷
热应力方程：
边界条件：喷管固定端约束、燃气压力载荷
- 钨铜合金发汗喷管喉部的热–流–力耦合模型耦合方式
有几种常用方法：
单向耦合
流场 → 热场 → 结构
简化，计算量小，但忽略热-力-流的反馈
弱耦合（迭代耦合）
交替迭代求解流场、热场、应力场
直到收敛
强耦合（瞬态多物理场）
同时求解流体、热传导、结构方程
更准确，但计算量大
- 钨铜合金发汗喷管喉部的热–流–力耦合模型发汗喷管特有处理
微孔壁面的流动：
对燃气来说，相当于壁面多孔介质边界
对结构来说，局部冷却降低热应力峰值
- 钨铜合金发汗喷管喉部的热–流–力耦合模型数值实现
软件选择：ANSYS Fluent + Mechanical，COMSOL Multiphysics，或者OpenFOAM + Code_Aster
网格：喉部流动梯度大 → 非结构化或局部加密网格；微孔壁面需要细化。
耦合策略：COMSOL可直接用多物理场接口；Fluent + Mechanical → 通过用户自定义函数（UDF）或耦合模块迭代
- 钨铜合金发汗喷管喉部的热–流–力耦合模型输出与分析
温度场：壁面温度分布、热梯度
压力场：喷管喉部压力分布
应力场：最大热应力和气动力应力
发汗冷却效率：壁面热流密度减小情况
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