倾角对涡旋压缩机运行特性影响的实验研究

针对空间蒸汽压缩热泵系统中压缩机的润滑问题,对不依赖重力回油的汽车涡旋压缩机进行改变倾角的实验,研究重力方向对涡旋压缩机及热泵系统运行的影响。结果表明压缩机在0°~360°范围内改变角度时,热泵系统均能正常工作;当吸热量为2500~3500W时,蒸发温度最大变化量为1.3℃,蒸发冷凝温差以及热泵系统性能系数（COP）的最大变化量分别为3.2%和6.3%,重力无关性较好。压缩机的性能与循环油量有关,本实验中压缩机在倒置的角度下,沉积的润滑油与冷却剂一起进入热泵系统参与循环,使其性能略有提高。     

小型微槽道热管90°弯曲前后传热性能比较

针对直径为6mm,长为210mm小型槽道柱状热管通过压扁和弯曲制成的厚度分别为3mm和2mm,绝热段90°弯曲的扁平弯曲热管进行试验研究。对热管的轴向温度分布、极限传输功率、热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数等进行了测试和分析。研究结果表明:2mm厚热管在弯曲前后的传热性能基本保持不变。对于圆柱状热管和3mm厚扁平热管,直管在极限状态时,只有靠近蒸发段端点的温度骤然上升;弯管在极限状态下的蒸发段温度呈梯次增加。弯管的极限传输功率小于直管,热阻与直管相近。直管的蒸发段换热系数随着功率的增加稍有增加,在出现传热极限时急剧下降;弯管的蒸发段换热系数随着功率的增加一直下降。无论是直管还是弯管,冷凝段换热系数均随功率的增加稍有下降。     

小型微槽道热管90°弯曲前后传热性能比较

针对直径为6mm,长为210mm小型槽道柱状热管通过压扁和弯曲制成的厚度分别为3mm和2mm,绝热段90°弯曲的扁平弯曲热管进行试验研究.对热管的轴向温度分布、极限传输功率、热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数等进行了测试和分析.研究结果表明:2mm厚热管在弯曲前后的传热性能基本保持不变.对于圆柱状热管和3mm厚扁平热管,直管在极限状态时,只有靠近蒸发段端点的温度骤然上升;弯管在极限状态下的蒸发段温度呈梯次增加.弯管的极限传输功率小于直管,热阻与直管相近.直管的蒸发段换热系数随着功率的增加稍有增加,在出现传热极限时急剧下降;弯管的蒸发段换热系数随着功率的增加一直下降.无论是直管还是弯管,冷凝段换热系数均随功率的增加稍有下降.     

基于详细反应机理的直管中正庚烷燃烧特性研究

利用详细化学反应机理,计算得到了正庚烷火焰附近一维的火焰结构;通过改变直管表面与空气之间的对流换热系数,得到了不同散热条件下燃烧器的工作特性,包括温度分布、火焰结构、主要产物的分布等。结果表明:正庚烷在进入预热区之前便已消耗;在反应过程中,固定当量比时,直管内的火焰温度保持不变,火焰位置与燃料流量(m_f)之间呈现线性关系,火焰下游温度变化斜率与m_f也呈线性关系;直管外表面对流换热系数的增加使得气体温度逐渐降低最终趋向熄灭。     

放置倾角对轴向槽道热管传热特性影响的实验研究

对常温梯形轴向槽道热管在不同放置倾角下的传热特性进行了实验研究，着重分析了热管的放置倾角对轴向温度分布、最大轴向温差、总热阻、当量换热系数、最大传热量的影响，旨在为航空热管的地面性能测试提供参考。实验结果表明：热源在下垂直放置热管的蒸发段和冷凝段的当量换热系数分别是水平放置热管的1．5倍和2．5倍。热源在上倾斜放置的热管，水平放置的热管、热源在下倾斜放置的热管的平均总热阻成一个数量级递减，蒸发段的最大输入热流量依次递增一个数量级。     

平行微细通道内流动沸腾换热的重力无关性研究

为验证微细通道内流动沸腾散热技术在空间的适用性,用实验方法研究了平行微细通道内流动沸腾换热的重力无关性。搭建了两相流体回路系统,设计了水力直径0.91mm、倒梯形截面的平行微细通道铜基热沉,通过电火花腐蚀技术在铜基加热器表面刻蚀制作微细通道,两者集成一体。由实验分析了-90°~90°不同重力倾角下微通道内的流动沸腾特性。结果发现:不同流量下不同重力倾角的微细通道的沸腾曲线基本吻合,临界热流值基本一致,表明微通道不仅强化换热能力,而且削弱了重力对沸腾换热的影响。实验结果处于文献中Bo准则和Fr准则的重力无关性区域内,验证了微细通道内流动沸腾换热具一定程度的重力无关特性,地面上测得的微通道内流动沸腾换热系数和临界热流等实验数据能安全有效用于空间环境的热控设计。     

考虑对流换热影响的固体发动机热力耦合分析

考虑壳体与空气自然对流换热的影响,对固体发动机结构进行了热力耦合有限元分析。研究了对流换热对发动机结构响应的影响,讨论了不同对流换热系数下的温度及应变响应变化规律,评估了某双伞盘固体发动机经历固化降温、低温试验及低温贮存过程的结构完整性。结果表明,考虑对流换热能更准确地反映发动机的受载状态;对流换热系数变化影响其结构响应历程,但随对流换热系数的不断增大,这种影响逐渐减弱。     

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。     

结合TEC的泵驱两相温控系统的空间应用

为满足天舟一号货运飞船(T Z1)蒸发冷凝科学实验的控温需求，采用半导体制冷片(TEC)和泵驱两相回路结合的控温系统实现了冷凝台-5~40 ℃(±0.2 ℃)的控温要求。对TEC和平行流换热器进行了研究，结果表明该系统能够满足环境温度等于30 ℃工况下的制冷和散热要求。测试结果表明，平行流换热器在地面和在轨的换热相当，说明重力的影响几乎可以忽略。     

密封舱流动换热的地面降压模拟研究

地面降压模拟技术是研究裁人航天器舱内流动换热的有效手段,该技术的关键在于选取一个合适的舱内压力,使得地面条件下自然对流的影响得以消除。对应着某一个舱内压力,自然对流对流动换热的影响刚好得以消除,该舱内压力可定义为临界压力。文章利用数值模拟软件I—DEAS,针对处在独立飞行状态下的某一载人航天器,选取不同的舱内压力,分别对空间条件和地面条件下密封舱内的流动换热进行稳态数值模拟,得到了舱内温度分布和对流换热系数。在不同舱内压力下,通过比较空间条件和地面条件的计算结果,分析地面条件下自然对流对流动换热的影响是否得以消除。根据分析结果,给出了该载人航天器在使用地面降压模拟技术中的临界压力。     

Analytical comparison of condensing flows inside tubes under Earth-gravity and space environments

The heat transfer behavior of flow condensation inside horizontal tubes under zero-gravity and Earth-gravity conditions is modelled and analyzed. For Earth conditions for wetting fluids the annular flow region changes to a stratified flow pattern owing to gravity drainage of the condensate from the upper portion of the tube. The stratified condensate layer is considered inactive in the heat transfer process; its magnitude is determined along the tube length using the analytical results of Rufer and Kezios. Under zero-gravity conditions no such gravity drainage occurs and so the flow is considered to be annular along the complete length of the tube. The analytical approach of Bae was used to evaluate the heat transfer rates under zero gravity conditions. The results indicate a substantially poorer condensing performance under zero-gravity conditions. These results can be simply explained in terms of the smaller condensate film thickness over the upper portion of the tube periphery at any axial location under earth-gravity conditions because of gravity drainage of the condensate.     

组合发动机微细通道氦加热器设计与流动换热

氦加热器是预冷组合发动机中重要的换热器之一,其原理是利用燃气燃烧的热量提高氦气做功能力,进而提升整个循环系统运行效率。研究中首先设计了蛇形管式、瓦片式、辐射式三种微细通道氦加热器。其次,基于FLUENT15.0软件对微细通道氦加热器管内外的对流换热系数和流动阻力进行了研究。对比模拟结果和经典关联式的计算结果,确定了适用于微细通道氦加热器管内外换热和流阻的关联式。结果表明:对于管内流动换热,经典关联式预测准确,平均误差小于8%。对于管外流动换热,经典关联式对流阻的预测依然准确,但是对换热系数的预测有较大偏差,最大偏差接近50%。基于数值模拟结果拟合了新的微细通道氦加热器管外对流换热关联式,平均误差小于5%。此外,对比分析发现蛇形管式微细通道氦加热器对流换热系数最大,综合性能最优。     

人工粗糙度对矩形弯曲管道流动与传热数值模拟

人工粗糙度作为一种局部强化换热技术,对提高再生冷却效率有重要意义。为了研究人工粗糙度对矩形冷却通道三维流动与传热特性的影响,以及在弯曲段与二次流的耦合作用,对有人工粗糙度的三维弯曲矩形通道进行了建模,并应用Fluent软件进行了数值仿真计算,采用了能够有效准确地求解受强曲率影响的管道内及近壁区域湍流流动的RNG k-ε湍流模型。结果表明:在冷却通道底面添加人工粗糙度会使底部流动受到干扰进而导致流速中心上移,因此在弯曲段,有人工粗糙度的冷却通道中所产生迪恩涡的范围相对较小且距离底面较远,而随着二次流的产生,流速中心会向底部移动,使得该处的换热得到改善,整体对流传热系数上升;当入口质量流量分别为0.1 kg/s,0.2 kg/s,0.3 kg/s时,有人工粗糙度工况下弯曲段加热面平均对流传热系数分别增加了11.86%,13.11%,16.14%,表明添加人工粗糙度可以显著提高换热,且随着入口质量流量的增加其对换热的提高作用也变得越来越明显。     

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。     

平板式小型环路热管的实验研究

设计一套蒸发器尺寸为74 mm(D)×14 mm(H)的平板式小型环路热管(mLHP),工质为甲醇,冷凝方式采用冰水混合物冷却,研究其换热性能。实验表明,该环路热管能够实现重力和无重力辅助启动。倾角为18 °、充灌率为60%时,热负荷从20 W增加到140 W,整个环路热管热阻从2.58 ℃/W减小到 0.44 ℃/W 。无重力辅助启动时,mLHP能够散去130 W的热量而壁面温度低于80 ℃。当热负荷一定, 无重力辅助启动时的蒸发器壁面温度高于重力辅助启动时的壁面温度。在保证系统启动的工质裕量前提下,减少工质充灌量有利于降低蒸发器壁面温度。mLHP运行存在低热负荷区和高热负荷区,在低热负荷区,蒸发器和补偿腔温度随着热负荷的增加降低;在高热负荷区,蒸发器和补偿腔温度随着热负荷的增加升高。     

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...