相变材料热控系统内部接触热阻的辨识方法研究

在相变材料热控系统的吸热融化过程中,由于材料与容器壁面之间的空穴效应形成的接触热阻,将对熔化传热形成阻尼效应.采用反演热传导反问题的方法,将参数辨识中的灵敏度法和共轭梯度法应用到实验,建立了一种可用于材料熔化过程界面稳态和瞬态接触热阻的辨识方法.模拟辨识与初步应用表明:辨识方法计算精度高、稳定性好,为精细化分析相变材料热控系统中的熔化吸热过程奠定基础.     

单板式相变换热器内冰在热空气中融化过程的数值模拟

为了提高相变换热器的换热性能,探索相变材料相变过程对换热性能的影响,对二维单板式相变换热器的传热过程进行了数值模拟.采用温度为315 K的热空气作为换热流体,265 K的冰作为相变材料,研究了不同时刻冰的熔化特点.通过改变单板式相变换热器的入口温度和入口流速,研究在不同入口边界条件下换热器模型中换热流体和相变材料之间的...     

CVI SiC涂层对碳泡沫性能影响

通过化学气相沉积法在柔性碳泡沫骨架上沉积生长碳化硅涂层,研究碳化硅涂层对泡沫材料的力学性能以及隔热性能的影响。利用SEM、XRD、压汞仪、电子万能试验机及导热分析仪分别对碳泡沫复合碳化硅涂层前后的微观形貌、物相组成、孔隙结构、抗压强度及导热系数进行测试。结果表明,碳泡沫骨架表面生长β-碳化硅涂层,随着碳化硅厚度增大:三维泡沫骨架结构存在的孔隙尺寸减小,孔隙率从99.68%下降至58.39%;泡沫试样压缩特性由类弹性形变转变为塑性形变,压缩强度从0.02MPa增至3.14MPa;单位热量传递截面积增大,传热量增大,试样导热系数从0.026 W/(m·K)升高至0.101 W/(m·K)。     

机载三股流板翅式冷凝器数值计算与实验研究

分析了翅片、隔板和流体的传热规律,采用有限容积法建立了包含相变流和交叉式在内的多股流板翅式换热器数学模型。基于蒸发制冷循环试验台,在4种工况条件下对机载交叉式三股流板翅式冷凝器换热性能进行了实验,并在特定工况下,通过温度场分析了各股流体间的换热特性。经数值计算与实验结果的对比,流体换热量的最大相对误差为8.08%,满足工程设计计算需求。通过定性分析,认为流体流量分配不均、相变流体潜热以及相变对流表面换热系数的计算是误差的主要来源。     

织物-多种相变微胶囊复合材料热特性数值模拟

为了研究添加相变微胶囊织物的热特性,基于织物热湿耦舍模型,本文发展了一个新的数学模型.模型考虑了多种相变微胶囊与织物的热传递,纤维的吸湿性/放湿性以及热湿耦合作用.模型方程采用控制体积法进行了求解.数值解与实验结果进行了对比,表明了该模型具有满意精度.模拟了相变材料总合量相同,但相变材料布置方式不同的织物在加热过程中的热特性.结果表明,相变微胶囊及其混合物在织物中的布置方式不同,对织物热特性有重要影响.     

SOFC多孔电极有效导热系数的实验和模型研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）内部流动传热和化学反应复杂，容易产生热不平衡区。获取高精度的多孔电极有效导热系数对于建立多物理场耦合数值分析模型和电池热管理具有重要的意义。基于稳态法设计并搭建了多孔材料有效导热系统实验平台和测量系统，在372.1~932.4 K温度范围内详细测量了多孔电极实验样件温度分布，通过多孔材料内传热理论分析，基于现有EMT和ME1数学模型，利用比例因子t构造了温度修正的SOFC多孔电极综合有效导热系数的计算模型。同时通过对比孔隙率为0.2349~0.4178的3个实验样件表面温度的计算值和实验测量值，验证了该有效导热系数模型的有效性和高精度。     

形状记忆合金增强复合材料的一维σ－ε－T关系

分形状记忆合金（ＳＭＡ）相变前和相变过程中两阶段，推导了形状记忆合金增强复合材料（ＳＭＡＲＣ）的一维应力、应变和温度的关系。实验研究包括：ＮｉＴｉｎｏｌＳＭＡ丝自由回复时的回复应变与温度、受限回复下的回复应力与温度的关系，玻璃纤维／环氧树脂复合材料和ＳＭＡＲＣ试件的单向拉伸，一定应变下ＳＭＡＲＣ拉伸试件的应力与温度的关系，恒定外载下ＳＭＡＲＣ拉伸试件和纯弯曲试件在触发ＳＭＡ前后应变的变化。结果表明，ＳＭＡＲＣ除了具备传统结构材料承载的功能之外，还具有改善和增强材料本身性能的能力。     

融化过程自然对流影响作用的实验研究

采用实验的方法对相变材料融化过程中自然对流的影响进行了研究,获得了自然对流作用下的融化速率与平均Nusselt数的准则关系式.结果表明,与纯导热模型相比,自然对流作用加速了融化的进行,建立导热-对流耦合传热模型对于准确预测融化过程具有一定的必要性.     

高焓加热实验壁面催化效应分析

高焓地面加热实验中存在显著的壁面催化复合现象。热防护材料催化性能较低时，如果进行状态标定时不考虑壁面催化效应，将导致地面加热考核实验欠考核。基于平板加热实验，通过结构传热分析与地面实验数据对比，发展了高焓加热实验壁面催化效应分析方法。该方法可以评估加热实验状态典型热防护材料催化效应，从而为地面实验方案改进和完善提供技术支撑。通过分析发现，对于某热防护材料，催化效应使得真实受热仅为标定热流的85%左右，在采用铜制塞式热流传感器进行热流标定时，需要考虑催化效应加严考核条件，才能保证有效考核。     

穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击性能试验研究

针对普通泡沫夹层复合材料层间性能较弱的问题，提出在泡沫上预先打孔的方法，在泡沫芯材中形成胶钉从而提高泡沫夹层材料的力学性能，并对穿孔泡沫夹层复合材料的低速冲击性能进行了研究。通过手糊和真空辅助成形工艺制备穿孔泡沫夹层复合材料试验件，对其进行不同能量的低速冲击试验，记录接触力、冲头位移和能量吸收率等力学响应，并采用目视检测和超声C扫无损检测两种方法确定冲击损伤的范围，探究胶钉密度、打孔深度和泡沫槽宽等变量对穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击阻抗性能的影响。试验结果表明，随着冲击能量的增加，最大接触力、最大冲头位移和残余变形均增加，凹坑深度和内部损伤面积也增大，同时结构的能量吸收率也有所提高；适当地增加胶钉密度和泡沫槽宽能提高穿孔泡沫夹层材料的低速冲击阻抗性能，而泡沫孔深度对其冲击性能的影响较小。     

Numerical Analysis on Thermal Function of Clothing with PCM Microcapsules

To study the influences of phase change material(PCM) microcapsules in clothing on human thermal responses,a mathematical model is developed. The improved Stolwijk's model is used to simulate human thermo-regulatory process,and the coupled heat and moisture transfer including the moisture sorption/desorption of fibers and effects of phase transition temperature range on the phase change processes of the PCM is considered in clothing model. Meanwhile,the theoretical predictions are validated by experimental data. Then,the interactions between human body thermal responses and the heat and moisture transfer in clothing are discussed by comparing the prediction results with PCMs and without PCMs. Also the effects of fiber hygroscopicity on clothing and human thermal responses are compared. The conclusion shows that the clothing with PCMs microcapsules can delay the human temperature variations and decrease the sweat accumulation rate on the skin surface and heat loss during changing of ambient conditions,and fiber hygroscopicity reduces the effect of PCM microcapsules on delaying garment temperature variations very significantly.     

轻质点阵主动冷却壁板热流固耦合响应分析

提出一类以点阵材料为夹芯的新型轻质主动冷却壁板,研究了Ma=6条件下的该壁板的流固耦合传热性能及热结构响应性能,并从热防护、热强度和轻量化等几个方面与槽道式主动冷却结构进行了综合比较。采用三维流固耦合共轭传热数值计算方法,考虑了几种典型的点阵夹层结构与冷却液动态换热过程的相互影响,分析中考虑了碳氢燃料与合金材料热物理性质随温度的变化以及湍流换热,求解获得了流体与结构的三维瞬态温度场,并通过顺序耦合求解获得了结构的应力场。计算结果表明,在相同的热环境下,高孔隙率的轻质点阵夹层结构的流固界面换热性能远高于槽道式主动冷却结构,因此结构的最高温度也较低,同时应力集中问题也有所缓解。通过对不同构型的点阵夹层结构的比较发现,胞元构型对其传热性能和结构应力应变有显著的影响。     

航天器金属热防护结构非灰体隔热层传热计算

为了计算多层隔热结构（由多个反射屏和非灰体半透明纤维隔热层构成）中瞬时耦合辐射和传导的热传递，构建了多层隔热结构的瞬时耦舍辐射和传导热传递的数值模型，并且分别采用有限体积法和有限差分法求解能量方程和辐射传递方程（Radiative transfer equation，RTE），而光谱的散射和吸收系数以及相函数则由米（Mie）理论求得，从而在更广泛的范围内为金属热防护系统的隔热纤维材料提供了广阔的选择余地。     

金属热防护系统多层隔热材料的传热分析及参数优化

采用能量平衡方程和离散坐标法近似地建立了金属热防护系统多层隔热材料的一维稳态传热的数学模型，并利用遗传算法和纤维隔热材料的有效导热系数试验数据求解传热反问题，从而得到了模型中的纤维隔热材料的辐射衰减系数、反照率和隔热屏表面辐射发射系数。最后，由实验测得了多层隔热材料的有效导热系数，验证了采用优化参数后，多层隔热材料的传热模型的正确性。     

流体物性对离心力场热驱动影响的数值研究

本文利用数值模拟,通过改变流体的密度、黏性系数以及导热系数等热物性参数随温度的变化规律,讨论了不同物性参数对循环小通道内热驱动运动及其换热效果的影响。研究结果表明:为了达到最佳的换热效果,循环小通道内流体应具有高体积膨胀系数、高密度、高定压比热、高导热系数、低动力粘度等特点。当封闭小通道内流体为液态工质时,密度对换热效果的影响最大,导热系数、定压比热和黏性系数的影响依次降低。当封闭小通道内流体为液态金属时,导热系数对换热效果的影响最大,密度、定压比热和黏性系数的影响依次降低。     

耦合传导/辐射情况下的传热系数和表面热流辨识

耦合传导/辐射情况下的传热参数和表面热流辨识问题是一类特殊的传热逆问题,在工程上应用较广。本文首先建立了耦合传导/辐射的传热问题的数值方法,进行了算例验证。然后分别建立了同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数的算法、辨识非稳态表面热流密度的算法;分析了测点位置、测量误差、辐射吸收系数对辨识结果的影响。结果表明:同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数时,利用右端测点的温度辨识出热传导系数值的精度较高,利用中间测点温度辨识出的辐射吸收特性系数值精度较高。对于表面热流的辨识,测点越靠近加热面,辨识结果的精度越高;吸收系数对中间测点的辨识结果影响大于其他位置测点的辨识结果。     

高超声速风洞相变热图试验图像处理软件研制

高超声速风洞相变热图试验技术是我所正在开展研究的一项试验技术,主要应用于大面积热测量.我所开展热图试验技术研究已有20余年的历史,尽管在试验技术上取得了一定的成果,但是图像处理软件的研制一直都是困扰课题组的一大难题.该软件在整个试验技术中扮演着举足轻重的作用,介绍的图像处理软件包括了图像预处理软件、相变线提取软件、相变线辨识软件和试验结果分析软件四个部分,每个部分都具有独立的可执行程序,能够较好的满足试验需要.