微重力场中通风换热的数值研究

为在地面模拟空间站舱内的流动与换热,以两顶角集中进风,两底角集中出风的通风方式为对象,研究了微重力是条件下复杂深间内的对流换热地面相似模拟问题,采用数值分析方法,分别考察了方腔中无隔离物,有绝热隔离物,有等温隔离物以及有等温悬浮物的几种有代表性的不同情形,给出了每种情形下不同比例模型的流动与换热情况的数值模拟结果,并针对各种不同情形进行了分析说明,分析表明,集中通风方式更有利于抑制自然对流的影响。     

火星表面热环境对航天器热控影响分析

火星大气对太阳辐射产生吸收和散射作用，同时还将与火星表面航天器发生对流换热。热设计时难以直接评估对流、辐射和导热三种换热对航天器的影响，从而确定主要的控温途径。在调研火星表面辐射、大气等热环境的基础上，从线性化传热系数和对流辐射比的角度对比分析了辐射、对流和导热对航天器的影响。器表辐射传热系数随光学属性和温度的变化范围为0.3～1.4W/(m2·℃)，对流传热系数随风速变化为0.2～1.5W/(m2·℃)，器内导热传热系数可控制在0.25W/(m2·℃)以下。结果表明，太阳辐射较火星表面和天空辐射而言是主要外热源，航天器表面的辐射和对流换热为两条并联换热途径，两者均可成为主要换热途径，器内导热传热是控制航天器内外隔热的主要可控因素。     

一个与蜂窝结构温度分布有关问题的解

<正> 蜂窝结构具有重量轻、比强度高、比刚度大等优点,已在航空器和航天器上得到广泛的应用。蜂窝结构基本上可分为上面板、下面板和蜂窝蕊三部分。当蜂窝结构被用于制作飞行器舱体时,其上面板(或称外面板)直接经受对流和辐射换热,其下面板(或称内面板)与舱内空气接触。这样,在假定: 1.飞行器飞行攻角为零;蜂窝厚度相对于壳体半径为小量; 2.内面板、外面板和蜂窝蕊材料均匀,并且它们的物理性能参数与温度无关;     

矩形微槽内FC-72的单相流动和换热实验研究

微槽换热器是解决航空电子设备元器件热控制问题的一条有效途径.以新型电子设备冷却液FC-72为工质,利用4种不同结构尺寸的矩形微槽,进行了微槽内单相流动和强迫对流换热性能实验研究;分析了工质流速、过冷度以及微槽结构等对换热性能的影响,给出了适用于层流和紊流的单相流动阻力特性实验关联式和单相强迫对流换热实验关联式,并对实验结果进行了不确定度分析.结果表明,在矩形微槽换热器中,FC-72的单相强迫对流换热能力能够满足中高强度的电子设备散热要求.      

航天器舱内气体对流换热的地面模拟试验方法

对航天器舱内气体对流换热的地面模拟试验方法进行了系统地理论分析,包括热缩比模型法、降压法和浓度比拟法三种。分别给出了各种方法的相似律或相似准则及其应用的约束条件,并从原理上定性比较这三种方法的优缺点。分析表明,热缩比模型法在保持Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数不变的前提下可明显减弱自然对流的影响,但这种方法不能用于工程原型;降压法可用工程原型进行模拟试验,但不能用于液体流动问题;然而这两种方法的共同缺点是都不能完全消除自然对流;浓度比拟法理论上可以完全消除自然对流,但约束条件多,工程实现困难。     

临近空间环境下封闭方腔内耦合换热特性

以临近空间浮空器载荷舱为应用背景,对复杂热边界条件下含热源的三维封闭方腔内自然对流、表面辐射和导热的耦合问题进行了数值模拟。综合考虑对流换热、长波辐射、太阳辐射等因素的影响,建立了临近空间热环境模型。通过Fluent软件用户自定义函数（UDF）引入外部非定常的辐射-对流耦合热边界条件,对腔内换热特性的昼夜变化进行研究,并分析了腔壁厚度、发射率和导热系数对其的影响。数值结果表明,腔内平均温度昼夜变化很小,约为12.9 K,但温度场分布随太阳方位变化而变化;腔内对流换热较弱,同一时刻最大温差约为71.3 K;腔壁热阻和发射率增加会削弱自然对流的强度。      

歼击机座舱空气流动和传热模拟实验

对某型歼击机座舱的空气流动和传热进行了全尺寸地面模拟实验.模拟了气动热载荷和人体热载荷,并使用ATM2400型36通道多点气流和温度测量系统测量了5个测试面的速度场以及其中两个测试面和邻近服装表面的温度场.观察了供气流量和集中喷嘴开关对舱内空气流动状态和温度分布的影响,评价了该座舱的舒适性.结果表明:舱内速度场 并非相对座舱纵向中心面对称分布,而座舱内壁面温度分布亦极不均匀;集中喷嘴全开和全关时,舱内气流速度场和温度场及邻近服装表面空气温度的分布情况差别显著,但对舱内气流平均速度和平均温度的影响不大;舱内气流平均速度随供气量呈线性变化.实验结果可为数值模拟提供验证依据.     

层板内冷通道辐射换热影响

分析了层板换热过程,使用了"去除复杂表面"和"无限大平板" 等假设,给出了该假设下层板内腔辐射换热计算公式.又以一特定几何结构的层板模型为例,使用了3维流体力学计算程序求解了流-固耦合情况下的层板内部换热过程,研究了其在4种航空发动机典型工作状态下,内冷通道中的对流和辐射换热情况,得到了辐射与对流换热强度之比θ随冷气入口Re数和燃气加热功率的变化曲线,并对该曲线进行了指数拟合.建立了一套快速简捷计算层板内腔辐射状况的方法,为层板内腔换热研究是否应该忽略辐射,以及对层板冷却效果的修正,提供了一定的判断和计算依据.      

星载电子器件用空气射流散热特性

在前期设计卫星大功率电子设备地面测试用通风散热系统的基础上,对系统散热性能进行了优化设计,对不同结构参数下电子器件的空气射流强化散热开展了数值仿真.研究结果表明系统中喷嘴出口直径、喷嘴出口至换热面距离、射流倾斜角以及喷嘴出口风速等参数对散热性能均有直接影响,并给出了定量的无量纲参数优化设计结果.该结论也可应用于表面热流密度为1 kW/m2级电子器件散热的优化设计,并为星载大功率电子设备对流式热控系统设计和地面测试提供技术参考.      

抽屉式标准机柜地面通风换热性能的研究

通过抽屉式标准机柜通风换热性能的地面实验研究和数值模拟,分析了在侧进上出和下进上出两种方式下,进风流量、风道通风孔宽度及自然对流对机柜地面通风换热性能的影响。结果表明,在一定范围内增加机柜进气流量和减小通风孔尺寸可改善机柜通风换热性能。此外,对于本文所研究两种进出风口布置方式,在相同的参数状态下,机柜在微重力状态下的通风换热性能优于地面状态或者相当,因此,满足标准机柜地面状态换热要求的设计参数也会满足微重力状态的换热要求。     

载人运输飞船流体回路试验研究

详细介绍了载人运输飞船热控船流体回路主要技术方案,包括系统组成与流程设计、工作模式设计、主要技术状态等,并列出了流体回路全部试验工况及相关试验结果,试验结果表明流体回路具有良好的温度调控能力和适应能力。重点对流体回路辐射器、冷凝干燥器、冷板、换热器等设备换热能力及低温情况下工质体积补偿、低压情况下工质溶气释出导致泵压头波动等问题进行了分析。最后根据分析和试验结果对系统提出了优化改进建议。     

载人航天器空气质量模糊综合评价灰关联分析

中长期载人航天器舱室为密闭环境,空气污染严重,极大影响了航天员的健康,有必要对该问题进行全面研究,提出新的空气质量评价方法评价舱室内的空气质量.在首次确定舱室单微量污染成分的分级模糊隶属度函数的基础上,提出采用模糊综合评价的灰关联分析方法评价中长期载人航天器舱室空气质量.该评价方法结合了模糊评价和灰色评价的优点,同时给出模糊分级结论和关联度分析结果,能反映舱室内空气质量状况及其变化规律.分析表明:评价结果信息含量大,能较好地反映载人航天器舱室内实际的空气质量状况,也能用于评价净化装置的工作性能.     

载人飞船阻尼摄动模型和轨道预报精度

在正常飞行状态下，飞船保持三轴稳定和对地定向姿态，其时太阳翼指向不是气流方向，它的阻尼模型较为复杂。文章阐述了载人飞船大气阻尼摄动模型将本体和太阳翼分开处理的必要性；对中国局域网的USB跟踪测量，轨道确定和预报达到了制动返回所需要的较高精度。     

载人航天器体装太阳电池阵有效发电面积计算方法

航天器的发电能力与太阳电池阵有效发电面积成正比。针对圆柱形载人航天器,提出了一种体装太阳电池阵有效发电面积计算方法。首先,将太阳电池阵沿圆周方向划分为多个子阵,通过坐标变换,计算太阳矢量与每个子阵法线的夹角（即太阳入射角）;然后,将每个子阵面积与对应太阳入射角的余弦相乘并求和,得到体装太阳电池阵的有效发电面积。对不同轨道日照角、不同飞行姿态下体装太阳电池阵有效发电面积进行仿真分析,仿真结果表明:三轴对地姿态下平均有效发电面积为安装面积的25%~32%,通过固定角度偏航可将有效发电面积提高至安装面积的30%~44%。      

载人航天器生活舱内热湿环境的数值模拟

文章给出了载人航天器生活舱传热传质的数学模型及边界条件 ,对微分控制方程运用基于有限元网格的控制容积法来离散 ,对离散后的代数方程使用欠松弛的高斯 -塞德尔(G -S)迭代法求解 ,最终得到了舱内流场、温湿度场的数值分析结果。     

轴向通流旋转盘腔流动换热稳态实验与数值模拟

通过开展稳态实验及数值模拟探究了轴向通流旋转盘腔的流动结构与换热特性。通过改变流量系数、旋转雷诺数等参数,探究不同工况下旋转盘两侧及盘罩内侧壁面温度和努塞尔数的径向分布规律。结果表明:在轮缘加热的状态下,旋转盘两侧温度径向分布均呈凹函数形态,且旋转盘迎风面换热强度普遍高于背风面;后轴颈盘罩向两端旋转盘导热,其壁面温度径向分布呈"中间高、两侧低"的状态;随着轴向流量系数的增大,盘腔内部气体对流加剧,径向臂及涡对结构更加明显,旋转盘及轴颈表面换热效果增强;旋转盘腔内的流动换热特性受强迫对流和类Rayleigh-Benard对流2种机理的共同影响。      

静压气浮直驱转台热特性

以开发满足精密工程应用的静压气浮直驱转台为目标,研究静压气浮直驱转台结构的热稳定性.首先,分析了静压气浮直驱转台的发热-传热特性,建立了三维热特性有限元模型,计算了气浮直驱转台的温度场云图;用间接耦合的分析方法,将温度场作加载条件,进行转台热-结构耦合分析;然后,对比研究了两种直驱电机安置结构对转台热稳定性的影响,提出了静压气浮直驱转台的空气强制对流冷却方案;最后,完成了无框力矩电机后置式静压气浮直驱转台的温度场检测实验.实验结果表明,静压气浮直驱转台测试点的计算与实测温度的最大误差为1.93 ℃,稳态温度场分布计算精度较高;温度分布稳态时,气浮转台止推轴承气膜单侧间隙的变化量为0.55 μm,在空气轴承气膜设计允许的波动范围内,对轴承性能不产生明显的影响.电机后置式直驱静压气浮转台结构的热稳定性好,适合工业应用.     

电动汽车动力电池生热模型和散热特性

结合Bernardi生热速率模型建立了单体电池正极片集流体、负极片集流体和电池极板的热耦合模型以及成组电池传热模型;利用Fluent软件仿真分析了自然通风环境中LiFePO₄单体电池的生热特性,模拟了强制空气对流冷却条件下成组电池的生热和散热特性,分析了电池箱出风口位置对电池温度的影响;计算了不同放电倍率下电池组温度变化.计算结果表明:动力电池恒流放电末期,正、负极片的电流密度最大值出现在极耳处,正、负极耳温度高于极板温度,且正极耳温度大于负极耳温度;强制冷却条件下成组电池热特性满足安全工作温度要求;电池箱出风口位置直接影响冷却空气速度场和电池组温度场分布,出风口设置在电池箱下部有助于改善其热状态一致性.对特征点温度监控数据与仿真结果的误差小于5%,能够满足工程需要.      

卫星搭载导线着火前期特性实验研究

导线绝缘层的过热及由此发生的着火和燃烧是载人航天飞行器中引起火灾的主要原因.研究微重力下导线绝缘层的可燃性对于预防飞船中火灾的发生有重要意义.本文描述了SJ-8卫星搭载实验项目导线着火前期特性硬件研制以及实验情况.实验中获得了导线着火前期的温度和辐射特性.在搭载实验中,研究了导线过载电流和导线捆绑方式对导线绝缘层着火前期特性的影响.同时将微重力下的实验结果与地面功能模拟的实验结果进行了对比.实验结果表明,微重力环境下自然对流基本消失,导线和电子电气元件的散热情况恶化,在过载的情况下,就可能过热,从而导致失火.搭载实验中导线先期着火征兆的获得,将为开发我国微重力下的着火监测和早期报警装置提供新的技术途径,为我国载人航天飞行器内安全防火的工程技术工作提供科学依据和基础数据资料.