姚家旭，罗 丁，范 青，张 科，雷 蒋，马 元

(1.西安交通大学 航天航空学院 机械结构强度与振动国家重点实验室，陕西 西安 710049； 2.西安航天动力研究所，陕西 西安 710100)

0 引言

气膜冷却是航空航天推进系统热防护的重要手段之一[1]。通常情况下，冷流与主流间的温差导致了较大的射流—主流密度比(通常大于1.5)[2]。相关研究表明，密度比对气膜冷却效率具有非常明显的影响[3-5]。而在实验室环境下，使用传热方法模拟真实密度比工况要求在较大的范围内对主流或冷流的温度进行调节，难度大、成本高。因此，基于传热传质类比，传质方法在气膜冷却研究中获得了较为广泛的应用[6-10]：将密度较高的气体(如CO2、Ar、SF6等)作为冷流，以便在常温下获得较高的密度比[11]。Shadid J和Eckert E对传热传质类比的有效性进行了研究[12]，并提出了基于普朗特数(Pr)和施密特数(Sc)的相似准则。Han J C和Rallabandi A进一步指出，在湍流路易斯数(Let)约等于1时，传热传质类比有效[13]；而这一条件对于气体的湍流流动是成立的[14]。本文所使用的符号、含义及单位见表1所示。下标的含义为：aw,绝热壁面;c,冷却气体;m,主流;p，横向;s,流向;w,壁面。

表1 符号、含义及单位Tab.1 Symbol,meaning and unit

在气膜冷却研究中，通常将壁面视为绝热，并引入一个无量纲参数绝热气膜冷却效率(η=(Tm-Taw)/(Tm-Tc))来评价气膜的覆盖效果[15-16]。但是，对于真实条件而言，任何材料都具有一定的导热性，无法实现理想的绝热壁面条件，因此引入了额外的误差。在传质方法中，通过使用不可穿透壁面对绝热壁面条件进行模拟，能够避免导热误差的影响：这是传质方法所具有的另一个优点。……