航天器对流换热地面降压模拟的临界压力准则

航天器密封舱在地面模拟试验中常通过降压法抑制自然对流的影响,但降压比的选择 往往缺乏定量准则,这使得自然对流的抑制效果得不到保证。使用数值模拟方法确定临 界压力比,以几种典型航天器密封舱内的流动换热情况为例,分析了不同Gr／Re 2 数和压力比下密封舱内的流动换热情况。得到了舱内气体温度分布和对流换热系数。通 过比较空间情况和地面情况的计算结果,分析了自然对流给流动换热带来的影响,给出了判 断临界压力的准则式,并给出了临界Gr／Re 2数。结果表明：临界压力 的准则关系和密封舱的形状和内部结构无关。
     

基于变体积力的跨水气界面多相流及流固耦合问题实验方法研究

航行体跨水气界面过程物理现象复杂并且多种力学效应耦合,相关研究往往需要利用缩比模型实验开展。已有缩比模型实验体积力保持不变,主要考虑弗劳德数和空化数相似,难以分析其他相似参数影响。利用离心机形成可变体积力环境,增加了实验可控参数,提高了实验模拟参数的完备性。通过流动和结构形变理论分析,形成了基于变体积力的跨水气界面多相流及流固耦合问题研究方案,可在考虑弗劳德数和空化数影响条件下,进一步考察雷诺数或结构形变的影响。针对上述研究方案,分析了缩比模型实验模拟条件并开展了仿真计算,验证了所提出实验方案的可行性,为跨介质问题研究丰富了探索途径。     

载人飞船热平衡试验运用降压法抑制自然对流的影响

文章分析了载人飞船运动气体密封舱进行地面真空热平衡试验时舱内自然对流的影响,阐述了抑制自然对流的降压法,提出热平衡试验专用风机的工作原理,最后给出了热平衡试验与在轨飞行遥测值的比对结果以及在不同降压比情况下的计算结果.     

微重力下两相流动沸腾换热综述

对国外在微重力下两相流动沸腾换热的研究情况和几种有关理论进行了综述。介绍了微重力下两相流动沸腾换热机理和流动沸腾传热模型，然后对ＴＥＭＰ２Ａ－３沸腾的地面与空间试验作了比较，并首次用Ｃｈｅｎ氏公式进行了验证，得出Ｃｈｅｎ氏公式在该流态模型下与重力无关，进而可推广到在失重情况下的应用。     

场协同原理在高超声速化学非平衡流动中的推广

应用理论分析与数值模拟方法，将对流传热的场协同原理从不可压缩流动推广至高超声速化学非平衡流动中。结果表明，高超声速化学非平衡层流与湍流的热流密度取决于流动的当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同。用当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同研究高超声速化学非平衡流动的壁面传热问题，对层流流动下的对流传热，不但计及了高超声速化学非平衡流的密度变化对热流密度的影响，而且包括了静焓梯度、压力梯度、边界层内的分子黏性剪切效应对热流密度的作用；对湍流问题，除了上述层流流动各项对热流密度的影响外，还计及了雷诺剪切应力对热流密度的作用。考虑到高超声速化学非平衡流静焓的定义，高超声速化学非平衡层流及湍流的场协同同时计及所有组分的平动能、转动能、振动能及电子能等梯度的贡献。     

发动机喷流对飞行器底部流动影响数值模拟

针对发动机燃气喷流对底部流动的影响开展研究。建立冷喷与热喷计算方法，与经典的高压空气尾喷管喷流试验数据进行了对比，验证了本文建立的三维喷流方法的可靠性。对本文选用的飞行器外形采用冷喷与热喷方法开展了对比计算并与飞行试验值进行比较，分析了两种方法结果的差异。采用热喷方法对来流马赫数 2.5 ，不同飞行高度及喷管进口总压开展计算，研究飞行高度及喷管进口总压对发动机喷流及底部流场的影响。结果表明，保持飞行高度、来流马赫数不变，喷管进口总压增加，底部压力系数逐渐提高。燃气质量浓度最大值位于底部空腔的壁面处，且保持一个恒定值。保持喷管进口总压、来流马赫数不变，飞行高度增加，喷流高速区向后移动且中心区最大马赫数增加。在一定飞行高度下，底部压力系数由负转正，即飞行器底部会出现正推力，这对飞行器的射程会产生重要影响，需要提前评估。     

液体火箭发动机多层嵌套钎焊铣槽式换热器传热模型

为满足某大型液体火箭贮箱增压介质加热需求,对火箭上常用的多层嵌套钎焊铣槽式换热器结构特点进行了分析,对影响传热计算准确性的主要因素进行了剖析,建立了一维数学仿真传热模型,针对局部两相流换热采用了简化计算模型。换热器试验结果表明:传热计算结果与试验结果一致性较好,表明了传热模型建立的合理性; 基于试验数据,对两相流简化计...     

旋转双流程叶根弯道流动传热特性数值模拟

旋转带来的叶片内部动-热负荷不均衡性会严重影响透平机械的安全与稳定。为研究旋转数和浮力系数对涡轮动叶片内部通道流动传热特性的影响,应用CFD仿真计算方法,分别以光滑和带肋的叶根弯道为对象,在旋转数分别为0、0.15、0.2、0.25、0.3和浮力系数分别为0、0.3、0.4、0.5、0.6的条件下进行模拟。结果表明：随着旋转数增加,科氏力作用增强,在科氏力指向侧的流动传热得以强化;浮力系数增大,旋转浮升力作用增强,会导致内流通道前后缘面出现双峰流,外流通道前缘面出现流动分离甚至产生回流;综合对比光滑通道和带肋通道,带肋通道的换热强度更大,且受到旋转效应的影响比光滑通道小。     

不同尺度下相变材料熔化过程自然对流影响分析

为了解自然对流对固液相变传热的影响,采用有限容积法对重力条件下矩形腔内相变材料熔化过程进行了数值模拟。通过改变矩形腔的尺寸,分析了不同尺度对高温壁面平均Nu数(Nu数)及相变材料温度场、速度场的影响。结果表明:随着尺度增加,自然对流作用增强,Nu数逐步增大,液相区流动从稳定向周期振荡过渡,且流线越来越不规则。     

载人航天器密封舱流动和传热数值模型及其地面验证

为求解载人航天器密封舱内复杂的空气对流、导热和辐射三者耦合的传热问题,本文建立了载人航天器密封舱的流动与传热数值模型,对地面试验状态下密封舱内的空气流动与传热进行了仿真分析,并利用试验结果对数值模型进行了验证.结果表明,建立的数值模型可靠且具有较高精度,仿真结果与地面试验数据吻合性较好,可进一步用于热控系统性能评估、在轨支持和故障处理.     

3D打印赋形微小流道集热器内层流换热特性数值模拟与试验研究

针对星内载荷存在大功率、多热源、高度非均匀功率密度的传散热需求,研发了一种3D打印赋形微小流道集热器.在评估了用数值模拟方法预测复杂构型微小流道集热器流动换热特性之可行性基础上,采用数值模拟与试验相结合的方法,研究流量、入口温度、热功率及重力对集热器内层流换热特性的影响,获得了集热器阻力系数与努塞尔数的经验关联式,并优...     

倾角对含油工质冷凝换热影响的实验研究

随着航天器热控制的发展,蒸气压缩热泵排热系统等热控方式逐渐受到人们的重视,其中冷凝换热对热泵的性能好坏有重要的影响。为了研究重力场对冷凝换热的影响,将紫铜直管冷凝器置于蒸气压缩热泵系统中,通过改变重力场与流动方向的夹角,测量得到了不同倾角下的冷凝换热系数和压降。实验结果表明,倾角对直管内冷凝换热系数的影响较大,不同倾角下的换热系数差别达30%,远大于不同倾角对直管内蒸发换热的影响;压缩机润滑油对冷凝换热的影响也很大,相比较无润滑油冷凝换热系数低30%以上。随着质量流量的增加,压缩机润滑油的影响逐渐减弱。
     

高超飞行器表面热效应地面模拟实验研究

文章深入分析高超飞行器与临近空间大气相互作用的基本物理过程,激波加热及粒子碰撞产生等离子体的物理机制,并利用磁热屏蔽效应在高超飞行器模拟器与高速定向流间建立磁化等离子体鞘层,大幅降低中性激波气体向飞行器的能流传递,从而为高超飞行器提供有效的热防护作用。通过两次比对实验验证了磁热屏蔽效应的有效性及工程实施的可行性,为今后研制高韧性、超轻质、可重复使用热防护复合材料提供了实验数据,奠定了技术基础。实验中利用层流等离子体源作为高能流密度热源是热防护实验装备上的创新,层流等离子体源能流截面大、能流密度高,可以针对高超飞行器表面热效应进行全尺寸的模拟实验。     

航天用纳米流体流动与传热特性的实验研究

研究航天用纳米流体流动与传热特性。测量了不同粒子体积份额的航天用纳米流体雷诺数500~4000范围内的管内对流换热系数和摩擦阻力系数,详细讨论了雷诺数和纳米粒子体积份额对纳米流体对流换热系数和摩擦阻力系数的影响,分析了航天用纳米流体的强化传热性能。实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,增加了液体的传热效果,粒子的体积份额是影响纳米流体对流换热系数的因素之一,在相同雷诺数条件下,纳米流体的对流换热系数随粒子体积份额的增加而增大。与原液体工质相比,航天用纳米流体的流动阻力系数稍有增大,纳米流体的流动阻力系数不随纳米粒子的体积份额而变化。与航天用纳米流体对流换热系数的增加相比,纳米流体流动阻力系数增大的程度极小,验证了纳米流体强化传热技术应用于航天器热控系统的可行性。     

重力对载人航天器密封舱内空气对流换热影响的数值分析

地面重力环境中进行航天器密封舱内空气通风换热试验时,由于自然对流的存在导致换热量和温度分布与空间微重力环境中的情况存在偏差。文章针对航天器密封舱,建立了舱内空气对流换热的数值模型,利用数值模拟软件对有无重力时典型工况下的对流换热进行了数值模拟及模拟结果的对比分析。分析表明重力对壁面换热量的影响较大,而对空气温度及分布的影响较小;且重力的影响随空气与壁面温差的增大而增大,随通风流量的增大而减小,舱间通风也会减小重力的影响。因此在重力环境中进行试验时需要对壁面换热量进行修正。     

Effects of Local Detachment of a Melt from Ampoule Walls,Crystal Vibration,and Magnetic Field at Crystal Growth under Zero Gravity

A numerical investigation of the melt flow and heat and mass transfer is carried out at the crystal growth under zero gravity, when the melt detachment from ampoule walls, crystal vibration, and various magnetic fields are active. Specific features of the melt flow are demonstrated depending on the size of a detachment zone adjacent to the crystallization boundary. The velocity of the averaged flow generated by crystal vibration is determined as a function of the vibration intensity. It is shown that the crystal vibration cannot compensate a thermal capillary flow (caused by detachment of the melt from the ampoule wall) and reduce the macrosegregation of impurities. It is shown that the application of steady and rotating magnetic fields are inefficient for all ampoule methods of crystal growth under microgravity conditions.     

微重力条件下两相流动沸腾换热地面等效模拟试验研究的必要性

介绍了航天器的热控制模式、对在微重力下的单相流与两相流的换热系统、微重力下与重力场下的两相流沸腾换热进行了比较。最后论述了在微重力条件下进行两相流沸腾换热地面等效试验研究的必要性。     

推力室多孔面板氢发汗冷却传热分析

为了研究氢氧火箭发动机推力室喷注器多孔面板的发汗冷却特性,采用一维非热平衡能量方程模型对其进行了数值传热计算,计算模型考虑了冷却剂氢的变物性和多孔结构内固体与流体之间的对流换特征。分析总结了多孔结构固体导热率、孔隙率、颗粒特征直径和燃烧室热流密度等因素对多孔面板发汗冷却的影响。研究结果表明,选择较高导热率的多孔面板制造材料能够降低燃气侧面板温度和减小面板温度梯度;孔隙率一般在0.1～0.2为宜;随着颗粒特征直径增大冷却剂与多孔结构固体之间的换热能力明显下降,燃气侧面板温度呈先降低后升高的趋势。     

发动机喷管内流场对流换热系数影响因素的数值分析

基于Roe-FDS格式,采用标准κ-e湍流模型对某液氧煤油发动机喷管内部燃气流对喷管内壁的对流传热换热系数进行了数值仿真与研究,分析了网格雷诺数以及恒温壁壁温对喷管内壁对流换热系数的影响.当近壁面网格第一层法向高度为10-3 mm数量级时,仿真结果与工程估算公式的计算结果相吻合.同时,在一定范围内,对流换热系数随来流速...     

重力条件对喷雾冷却换热特性影响的研究

喷雾冷却是一种高效的高热流密度散热方式,在空间热控领域具有重要的应用前景。本文基于液膜动力学、气泡动力学和传热学的基本原理,建立了描述微重力条件下喷雾冷却传热特性的理论模型。利用模型模拟的方法,对以水作为工质的微重力条件下喷雾冷却系统的被冷却表面温度分布、冷却曲线等因素进行了分析,分析结果显示:在单相区,重力条件对喷雾冷却的换热特性和表面温度分布不均匀性的影响较小;在两相区,由于微重力条件下气泡难以脱离等因素的影响,使得喷雾冷却的换热能力明显弱于常重力条件下的换热能力,并且被冷却表面的温度不均匀性增大。