一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳

本发明属于液冷散热领域，特别是涉及一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳。

背景技术：

1、散热是发动机设计中非常重要的考虑因素之一。良好的散热系统可以确保发动机在高温和高压的工作条件下运行稳定，并提高其性能和寿命。

2、发动机运行过程中面临严峻的热载问题，且结构材料的熔点有限。此外，存在极高的热负荷引起的热应力变形的问题。现有的冷却通道设计多采用直通道加散热翅片的布局，不能有效的增大流体与固体的接触面积高效的散热同时承载能力较差；现有的冷却通道设计通常采用有限的尺寸或形状设计,这类方法主要依靠直观猜测和工程经验，结构形式单一，设计空间狭小。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，包括：

2、长方体型的外壳本体，所述外壳本体的左面设置有左右贯通的方形通孔；所述方形通孔通过隔离板等间距划分有4层长方体型的通道；所述外壳本体的上表面紧贴发动机表面；在每层通道中分别设置有不均匀的点阵结构；所述外壳本体的左端接燃油的注入端，所述外壳本体的右端接发动机的燃烧室，以使燃油注入发动机外壳后流经4层通道后注入燃烧室。

3、优选地，所述外壳本体的上壁、下壁、前后两侧壁为厚度为0.5-1mm；所述隔板的厚度为0.1-0.5mm。

4、优选地，所述不均匀的点阵结构由4×4的单胞组成，每个单胞的尺寸由一特征尺寸控制。

5、优选地，所述不均匀的点阵结构通过以外壳本体下表面的温度最小为优化目标，利用拓扑优化算法计算每一个单胞的最优特征尺寸，得到最优的点阵结构。

6、优选地，所述通过拓扑优化算法计算每一个单胞的最优特征尺寸包括：

7、步骤1：将发送机外壳划分为设计域和非设计域并将设计域离散成多个正方体单元，并初始化每个正方体单元的固体体积分数x，将拓扑优化的约束设计为流体体积约束和流体压降约束，其中，设计域为发动机外壳内的4层通道，其余的为非设计域；其中，每个正方体单元的固体体积分数表示为当发动机外壳注入燃油后，正方体单元内单胞所占的体积与正方体单元的体积的比例；

8、步骤2：利用每个正方体单元的固体体积分数x插值得到发动机外壳内固体和液体的材料属性，所述材料属性包括：等效热导率、等效弹性模量、等效孔隙率、等效密度、以及等效比热容；

9、步骤3：根据发动机外壳内固体和液体的材料属性求解darcy渗流模型获得发动机外壳的速度场，将发动机外壳的速度场带入对流散热方程获得发动机外壳的温度场；将发动机外壳的温度场带入线弹性热力耦合模型，获得发动机外壳的结构位移场；

10、步骤4：根据发动机外壳的速度场、发动机外壳的温度场和发动机外壳的结构位移场利用伴随法计算灵敏度求解目标函数的下降方向，根据目标函数的下降方向通过mma算法更新每一个正方体单元的固体体积分数，重复执行步骤2～步骤5直至目标函数收敛为止，根据每一个正方体单元的固体体积分数得到每一个单胞的最优特征尺寸。

11、优选地，所述发动机外壳采用高温镍基合金。

12、本发明至少具有以下有益效果

13、本发明通过将发动机外壳的上表面紧贴发动机表面，实现对发动机进行降温，同时通过将燃油注入发动机外壳，通过燃油吸收发动外壳的热量，实现循环的降温功能，同时吸收了热量的燃油会被注入发动机的燃烧室进行燃烧，辅助燃油进行升温，有助于提高发动机效率；同时本发明通过不均匀的点阵结构可以通过增加流体域与固体域的接触面积，有效的为喷气发动机散热，同时点阵结构具有良好的承载性能，能够保障发动机的安全运行和降温的稳定性。

技术特征：

1.一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，其特征在于，包括：长方体型的外壳本体，所述外壳本体的左面设置有左右贯通的方形通孔；所述方形通孔通过隔离板等间距划分有4层长方体型的通道；所述外壳本体的上表面紧贴发动机表面；在每层通道中分别设置有不均匀的点阵结构；所述外壳本体的左端接燃油的注入端，所述外壳本体的右端接发动机的燃烧室，以使燃油注入发动机外壳后流经4层通道后注入燃烧室。

2.根据权利要求1所述的一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，其特征在于，所述外壳本体的上壁、下壁、前后两侧壁为厚度为0.5-1mm；所述隔板的厚度为0.1-0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，其特征在于，所述不均匀的点阵结构由4×4的单胞组成，每个单胞的尺寸由一特征尺寸控制。

4.根据权利要求3所述的一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，其特征在于，所述不均匀的点阵结构通过以外壳本体下表面的温度最小为优化目标，利用拓扑优化算法计算每一个单胞的最优特征尺寸，得到最优的点阵结构。

5.根据权利要求4所述的一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，其特征在于，所述通过拓扑优化算法计算每一个单胞的最优特征尺寸包括：

6.根据权利要求1所述的一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，其特征在于，所述发动机外壳采用高温镍基合金。

技术总结本发明属于液冷散热领域，涉及一种利用燃油冷却的喷气发动机外壳，包括：长方体型的外壳本体，所述外壳本体的左面设置有左右贯通的方形通孔；所述方形通孔通过隔离板等间距划分有4层长方体型的通道；所述外壳本体的上表面紧贴发动机表面；在每层通道中分别设置有不均匀的点阵结构；所述外壳本体的左端接燃油的注入端，所述外壳本体的右端接发动机的燃烧室，以使燃油注入发动机外壳后流经4层通道后注入燃烧室；本发明通过将燃油进入通道对发动机外壳进行冷却，不仅能为发动机散热，还有利于燃油喷入燃烧室燃烧，具有隔热防护的功能，避免发动机受外部环境影响。技术研发人员：禄盛,汪金华,赵曦,马莹,罗久飞,邓聪颖受保护的技术使用者：重庆邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4