1、主動再生冷卻是超燃沖壓發(fā)動機和較大推力液體火箭發(fā)動機所采用的最基本的熱防護技術。在再生冷卻系統(tǒng)中，冷卻劑在噴入燃燒室之前以一定流速經(jīng)過燃燒室內外壁構成的冷卻通道，將燃氣傳給室壁的熱量帶走，以達到冷卻燃燒室室壁的目的。再生冷卻系統(tǒng)的熱交換包含燃氣向室壁的傳熱、室壁的導熱以及室壁向冷卻劑的傳熱三個過程。國內外學者已采用多種數(shù)值方法分析再生冷卻系統(tǒng)的傳熱過程，例如:有限差分法、有限元法和有限體積法。邊界元法所具有的獨特優(yōu)勢已使其成為工程與科學

2、計算中廣泛使用的數(shù)值方法之一，并在很多實際工程領域的數(shù)值分析中發(fā)揮了重要的作用。本文以再生冷卻系統(tǒng)為研究對象，采用邊界元法對冷卻通道內冷卻劑進行流動和傳熱分析，以及對再生冷卻結構進行熱傳導和熱應力分析。此外，基于徑向積分法，還對出現(xiàn)在所分析問題積分方程中的域積分進行了快速轉換和統(tǒng)一計算方法研究。本文的主要研究內容歸納如下:
　　(1)采用邊界元法對冷卻通道內冷卻劑流動和傳熱問題進行分析?；谡承粤黧w力學的連續(xù)方程和運動方程，推導了

3、速度、速度梯度和壓強邊界-域積分方程。通過采用加、減項奇異性隔離技術以及未知量的徑向基函數(shù)展開技術，積分方程中的域積分由徑向積分法轉換為等效邊界積分。聯(lián)立速度和壓強邊界-域積分方程，構建了基于邊界離散技術的穩(wěn)態(tài)不可壓縮粘性流體流動分析的數(shù)值求解格式?；谖粍輪栴}基本解，推導了關于能量方程的溫度邊界-域積分方程，然后與速度、速度梯度和壓強邊界-域積分方程聯(lián)立，構建了基于網(wǎng)格離散技術的穩(wěn)態(tài)不可壓縮粘性流體傳熱分析的數(shù)值求解格式。數(shù)值算例結果

4、驗證了本文方法的正確性和有效性，并且表明徑向積分邊界元法在求解不可壓縮粘性流動時比較費時間。本工作首次將徑向積分邊界元法擴展到粘性流體力學領域，而且也為徑向積分邊界元法在更復雜粘性流體流動和傳熱問題中的應用奠定了基礎。
　　(2)提出了用三步變量凝聚技術、求解多種介質非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題的多域徑向積分邊界元法，并應用于冷卻結構壁面溫度的數(shù)值分析?；谧儫釋实膶嵛⒎址匠毯臀粍輪栴}基本解，推導了冷卻結構導熱分析的規(guī)格化溫度邊界-域積分

5、方程。通過將積分單元內高斯點的徑向積分值由形函數(shù)和邊界單元節(jié)點的徑向積分值插值表示，完成積分方程中域積分到邊界積分的徑向積分法轉換。通過采用三步變量凝聚技術建立以子域公共邊界節(jié)點溫度為未知量的最終系統(tǒng)方程組，從而形成了多種介質導熱問題的多域邊界元法。數(shù)值算例結果驗證了所提三步多域徑向積分邊界元法的正確性，可以用來有效分析再生冷卻結構的導熱問題。
　　(3)提出了基于單元節(jié)點計算的徑向積分邊界元法，對冷卻結構熱應力問題進行了數(shù)值分析

6、?；诰鶆驈椥詥栴}的開爾文基本解和變剪切模量熱彈性問題的控制方程，推導了冷卻結構熱應力分析的規(guī)格化位移和應力邊界-域積分方程，其特點是數(shù)值離散由基于單元節(jié)點計算的徑向積分邊界元法完成。應力積分方程中的強奇異域積分由奇異性隔離技術分成兩個積分，其中被積函數(shù)為基本解的強奇異域積分由徑向積分法解析地轉換為邊界積分，并得到了關于兩個隨空間坐標變化剪切模量的徑向積分解析式。數(shù)值算例驗證了本文方法的正確性，可以用來有效分析再生冷卻結構的熱應力問題。