空间无排放消耗散热概念及试验验证

空间任务中缺乏有效辐射散热通道情况下,消耗型散热是排散航天器废热必不可少的技术途径,但其存在长期应用中资源消耗量大的问题。针对未来长期空间任务,提出无工质排放的消耗型散热概念。首先通过微孔膜蒸发消耗型散热试验,评估该试验系统在不同真空压力下的散热能力;之后基于此设计柔性收集装置,开展微孔膜蒸发-水蒸气收集联合试验。试验结果表明,微孔膜蒸发可以在无工质排放条件下实现有效散热,散热量随流体进口温度升高而增加,随真空压力升高而线性减小;无排放消耗型散热系统中收集装置的水蒸气吸收速率不小于蒸发速率时,将不会削弱微孔膜蒸发的散热能力。     

空间无排放消耗散热概念及试验验证

空间任务中缺乏有效辐射散热通道情况下，消耗型散热是排散航天器废热必不可少的技术途径，但其存在长期应用中资源消耗量大的问题。针对未来长期空间任务，提出无工质排放的消耗型散热概念。首先通过微孔膜蒸发消耗型散热试验，评估该试验系统在不同真空压力下的散热能力；之后基于此设计柔性收集装置，开展微孔膜蒸发?水蒸气收集联合试验。试验结果表明，微孔膜蒸发可以在无工质排放条件下实现有效散热，散热量随流体进口温度升高而增加，随真空压力升高而线性减小；无排放消耗型散热系统中收集装置的水蒸气吸收速率不小于蒸发速率时，将不会削弱微孔膜蒸发的散热能力。     

结构参数对水升华器散热性能影响的研究

应用一维稳态导热模型,结合具有滑移效应的达西定律、气体通过小孔的流动模型,针对一套水升华器提出了稳态理论分析方法。分析了接触换热系数、排气通道面积两个关键结构参数对水升华器散热性能的影响,并开展了相关实验研究。仿真分析和实验结果表明:稳态散热量随流体回路冷板与给水腔之间接触换热系数增大而增大,接触换热系数较小时,散热量和接触换热系数呈强耦合关系,在接触换热系数较大时,二者呈弱耦合关系。分析表明:散热量随排气通道面积增大而增大,且存在临界排气孔面积,排气孔面积小于临界值时,散热量随排气孔面积的增大而急剧升高,排气孔面积大于临界值时,散热量随排气孔面积的增大而几乎不变。文章研究结果可为空间水升华器的设计提供参考。     

带环向槽环路热管主芯中流动和传热的数学模型和数值模拟

蒸发器是环路热管中最重要的部件,蒸发器主芯中的流场是设计中关注的焦点。建立了一个轴对称二维数学模型来模拟流体工质在圆柱形蒸发器主芯中的流动、传热和蒸发现象。模型充分考虑了流场和蒸发界面间相互作用对于蒸发界面的位置和孔隙中弯曲液面曲率半径的影响。模拟了瞬态和稳态流场,并研究了热负荷的影响。模拟结果在一定工况下是合理的。     

镁基水反应金属燃料发动机性能分析方法与试验验证

采用一维两相多组分反应流法,对镁基水反应金属燃料发动机进行了性能分析,计算得到了稳态工作时发动机流场参数分布、液滴蒸发过程及性能参数。通过试验验证了程序的可行性和可信性,分析了产生误差的原因。提出了采用实际测量温度和燃烧效率对燃气入口条件进行修正的方法,减小了模型计算误差。采用修正模型计算了发动机性能随一次水燃比变化规律,计算结果表明存在最佳一次水燃比。研究结果对发动机设计和性能分析具有参考价值和实际意义。     

多辐射器航天器热控流体回路布局的(火积)耗散分析

为了优化多辐射器航天器热控流体回路布局，提高流体回路的散热效率，降低流体回路温度，本文基于(火积)理论，分别对多个辐射器串联和并联的流体回路布局的散热进行了分析。结果表明，排散相同热量时，流体回路的流体与管路壁面之间的温差均匀性越好，流体回路散热过程(火积)耗散越小，系统散热过程越优。进一步，对于2个辐射器的情况，分别对辐射器设置了不同的空间辐射加热热流，对辐射器的流体回路布局方式进行了比较。结果表明，辐射器与流体回路串联时，系统散热性能要优于两者并联，系统的流体温度水平最低，结果与(火积)理论分析的预测完全一致。研究结论对多辐射器的航天器热控流体回路设计具有指导意义。     

壁面散热对超声速喷管性能的影响

采用一维无粘理论对扩张喷管的流动和性能进行了计算,研究了壁面散热量和散热规律对喷管流动、出口气流参数和性能参数的影响。结果表明:壁面散热会导致喷管沿程静压、静温和总温减小、出口马赫数和总压增大,并且随散热量增大,喷管的工作状态可依次经历欠膨胀状态、临界状态和过膨胀状态,但是喷管的推力系数逐渐减小,性能下降;壁面散热规律对喷管性能有很大影响,入口附近散热量较大出口附近散热量较小时,喷管的性能下降最大。从研究结果可以看出,壁面散热可以调节喷管的欠膨胀度,使喷管从欠膨胀状态趋于过膨胀状态,采用侧重于后半部分散热的规律可以取得良好的调节效果。     

蜂窝板预埋管路辐射器流动散热特性仿真

为解决传统数值方法对辐射器对流换热系数评估困难、流动散热性能预测精度不高的问题,明晰工况参数与重力对辐射器流动散热特性影响规律,指导辐射器轻量化设计与地面试验,构建辐射器导热-对流-辐射耦合传热等比仿真模型,评估其与经验公式对辐射器水动力及热特性预测可靠性,分析流量、入口温度、吸收外热流及重力对辐射器工作特性影响规律。结果表明:辐射器压降及散热功率模拟值与真空热试验数据最大相对误差为3.45%和2.86%,压降及换热系数经验公式预测值与仿真值最大相对误差为-10.15%和-33.18%;辐射器散热功率随流量与入口温度的增加而增大,吸收外热流增加会降低对流换热热流量,相较零重力,常重力水平状态辐射器散热功率提高2.86%。所建模型可准确预测辐射器工作特性;辐射器设计应在满足压降与出口温度指标要求时,提高流量与入口温度,地面试验辐射器应竖直放置。     

小推力泵压式发动机自身起动过程仿真分析

根据二级箭体钝化处理的需要,小推力泵压式游动发动机需要在低入口压力下 实现自身起动,进入稳态工作.在MWorks通用仿真平台的基础上,建立发动机起动过程系统仿真模型,通过试车数据验证了仿真模型的合理性.进一步分析了发动机的入口压力条件、主阀流阻以及环境压力对发动机起动过程的影响.结果表明:发动机能够实现自身起动,但起动过程较长;氧化剂的入口压力对发动机自身起动过程影响很大,氧化剂入口压力降低,涡轮泵起旋时间延迟明显,起动品质变差;降低发动机主阀流阻,能够使涡轮泵起旋时间提前,改善起动品质;环境压力降低使推进剂充填过程加快,涡轮泵起旋和工况爬升加快,有利于发动机的自身起动过程.     

高温高压环境下煤油液滴蒸发过程实验研究

应用高速摄影系统和图像处理技术研究了煤油液滴在温度473~773 K、压力1.0~4.0 MPa静止气体环境下的蒸发过程,得到了环境温度与环境压力对煤油液滴特性的影响规律。实验结果表明:环境温度低于573 K时,煤油液滴蒸发D2曲线不符合d2定律;环境温度高于673 K低于773 K时,液滴直径变化与d2定律吻合。环境压力对液滴蒸发的影响与环境温度密切相关,环境温度低于473 K时,随着环境压力的升高,液滴蒸发速率变慢;环境温度高于673 K时,随着环境压力的升高液滴蒸发速率加快。