V型皱褶芯材夹层板对流换热性能评价及优化

为考察主动冷却式一体化热防护结构用V型皱褶芯材夹层结构的性能，文章采用Fluent软件模拟受恒定热流载荷皱褶芯材夹层板在强制对流条件下的传热过程，分析其换热特性和流道内流体流动规律；并在分析皱褶芯材夹层板中正三角和倒三角2种流道换热性能差异的基础上，提出相邻流道流向相反的改进方案。该方案可提高冷却剂的利用率，使结构温度分布更加均匀。相比于具有相同几何参数的波纹芯材夹层板，皱褶芯材夹层板具有更好的换热性能，但同时以更大的当量密度和进出口压降损失为代价。比较几种常用的热效率指标，并定义了一种同时考虑换热性能、泵功率和结构质量的热效率指标，再分别以不同的热效率指标为目标函数，对皱褶芯材的几何参数L、W和S进行初步优化设计。     

基于叶脉仿生的散热均热板性能研究

为了解决航空电子芯片持续高强度工作下的集成散热问题,从而保证电子热表面均温无噪声,受植物叶片蒸腾作用的启发,设计了配备有树状分叉叶脉仿生分形结构吸液芯的均热板,并探究分形结构类型、分形级数、分形角度、入口流速和输入功率等参数对新型吸液芯内流体流动性能的影响;深入研究叶脉仿生均热板的传热特性,对比H型和Y型结构吸液芯在不同入口流速下的温度分布情况以及相对出口速度偏差值。数值模拟结果表明,在低热流密度下,Y型结构冷却效果明显好于H型结构;当热流密度较大时,分叉路口的紊流增强换热,使得H型结构冷却效率高于Y型结构。实验发现,Y型结构蒸发底板具有优越的传热性能,而H型结构和平面型蒸发底板在高功率工况下传热趋于稳定和良好。     

点阵结构空气舵及内部流体热流固耦合研究

开展了钛合金TC4材料激光粉末床熔融(LPBF)工艺研究,在此基础上设计了多孔轻质空气舵模型,并基于有限差分法(FDM),采用三维流固耦合共轭传热数值计算方法,利用流体体积法(VOF)追踪流体自由液面,研究了典型的点阵夹层结构的空气舵内部冷却液动态换热过程的相互影响过程,考虑了冷却液与钛合金材料蒙皮间的耦合传热及湍流换热。结果表明,空气舵的内部流体压强随速度的增加而增加,从而导致流体出口的速度增加。当压强增加到一定程度时,流体的出口以水柱形式喷出。虽然较大的流体速度可以带走较多的热量,但是影响远小于对压强的影响。综合考虑空气舵的服役要求,获得了合适的冷却水入口速度。     

超临界压力下航空煤油RP-3在水平细圆管内对流换热特性实验研究

为探究超临界压力下碳氢燃料在水平管内的对流换热规律,文章针对超临界条件下航空煤油RP-3在水平细圆管内的对流换热,分析了热流密度、进口雷诺数及浮升力对对流换热的影响。研究表明:沿流动方向,管内表面传热系数随热流密度的增大先减小后增大;在低进口温度及低进口雷诺数情况下,管内换热均出现先恶化后强化的现象,而随着进口温度和雷诺数的增加,此现象消失;浮升力对换热的影响随热流密度的增加而增加;浮升力对下表面换热的加强使得入口效应的影响在下表面先于上表面结束;受浮升力影响,上下壁最大温差可达50 K;质量流速的增加会抑制浮升力对换热的影响;准则数Grq/Grth可以很好地反映浮升力的变化趋势。以上研究结果可为采用碳氢燃料作冷却介质的各类飞行器主动热防护技术方案提供技术支撑。     

不同压力条件下水平平板的表面换热实验研究

为了解不同压力下水平平板的气体对流换热变化情况,搭建了一个提供不同气压和环境温度的实验舱,开展了在不同压力(0.1 Pa、0.1 k Pa、0.2 k Pa、0.5 k Pa、1 k Pa、10 k Pa、50 k Pa和常压)与几种加热量(75、150、300 W/m~2)组合条件下的水平平板换热实验研究。通过对辐射换热和自然对流换热的比较,得到不同压力下气体的对流换热系数。结果表明:对流换热系数在环境气体压力小于1 k Pa时非常小,而在1 k Pa以上时才较大;在大于1 k Pa时,对流换热系数随压力的升高呈二次方增加。     

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。     

航天器密封舱流动和传热的数值研究

在有强迫流动的航天器密封舱内，与固壁存在热交换的三维气体流动使得舱内传热相当复杂。本文用数值分析模拟航天器在轨状态下的流动和传热。结果表明，辐射和流动在密封舱热分析中都不可忽略。对多种风速的计算结果表明，平均对流换热系数与风扇布局基本无关而仅与平均风速有关，最后由计算结果得出了平均对流换热系数和平均风速的经验关系式。     

蜂窝夹层结构芯子塌垮的工艺分析

蜂窝夹层结构成型的质量受成型过程中工艺条件的影响很大，主要影响是使蜂芯压皱甚至塌垮造成整个蜂窝夹层结构失稳报废。简述美国采用的一种模拟蜂窝夹层试验板并引入了一个无量纲的蜂窝芯塌垮数（ＨＣＣＮ）来研究工艺条件对蜂窝芯受压塌垮的影响，分析芯子塌垮的机理，为制造高质量的蜂窝夹层结构提供了指南。     

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。     

缝纫泡沫夹心复合材料的制备及力学性能表征

传统的夹芯结构复合材料通常是将面板和芯材粘结在一起,这使得夹芯结构芯材与面板的界面性能薄弱.为了弥补现有夹芯结构材料界面性能薄弱的缺点,研究了缝纫增强泡沫夹芯结构复合材料一体化成型工艺,并对其力学性能进行了试验研究.通过与未缝纫泡沫夹芯结构的对比试验,发现缝纫能显著提高泡沫夹芯结构的弯曲强度、平压强度和侧压强度,而且随着缝纫密度的增加,该夹芯结构的抗弯、平压和侧压性能均有提高.     

Convection of liquid with internal heat release in a rotating container

The convection of heat-generating fluid in a rotating horizontal cylinder is experimentally investigated. The threshold of convection excitation, the structure of convective flows and the heat transfer in the cylinder depending on the heat release capacity, liquid viscosity and aspect ratio of the cavity are studied. It is found that the average convection is excited by the thermovibrational mechanism —the gravity force, rotating in the cavity frame, produces the oscillations of non-isothermal fluid relative to the wall, which in turn result in excitation of mean convective flows. It is shown that the structure of convective flows depends on the dimensionless velocity of rotation. At relatively low rotation velocity the convection develops in the form of a periodic system of vortices regularly distributed along the cylinder axis. The threshold of excitation (critical value of vibration parameter) of three-dimensional vortex structures grows with rotation velocity. Above some definite rotation velocity the convection develops as two-dimensional rolls parallel to the axis of rotation. The threshold of two-dimensional structures excitation does not depend on the rotation velocity. Besides the structure of thermal convective flows the analysis of the relatively weak currents generated by the inertial waves below the threshold of convection is performed.     

临近空间飞艇内部自然对流换热计算研究

综合考虑太阳辐射、长波辐射、对流换热等热环境因素对临近空间飞艇热特性的影响,建立飞艇热特性的数学模型,编写程序并计算得到蒙皮表面温度分布。以此作为热边界条件,采用Fluent软件模拟其内部自然对流的流动状态和温度分布,对不同季节不同时刻飞艇内部自然对流换热系数进行了计算分析,并对四个自然对流经验公式进行了评价分析。结果表明,Eckert-Jackson和Bayley公式更适用于计算浮空器内部自然对流换热,与数值模拟结果相比,平均绝对误差（MAD）分别为22.6%和24.1%。     

HFC134a喷雾闪蒸冷却换热特性的实验研究

喷雾闪蒸冷却由于可以在较小的工质流量下实现很高的散热能力,在高热流密度散热、航天器热控和热防护等领域具有广阔的应用前景。本文建立了喷雾闪蒸冷却实验系统,对环境压力下以HFC134a为工质的喷雾闪蒸冷却换热特性进行了实验研究,得出了喷雾闪蒸冷却的换热特性曲线、临界热流密度(critical heat flux,CHF)以及被冷却表面温度随喷雾高度和流量的变化曲线,分析了适用于热控的最佳喷雾高度和流量。     

三维烧蚀内部热响应数值计算研究

对热解型碳化复合材料三维烧蚀内部热响应数值计算关键技术进行了研究。采用碳化层—热解面—原始材料层模型,将热解气体与碳化层之间的对流换热处理为源项,通过有限元法建立移动边界条件下温度场求解方程组,采用Gauss Seidel迭代法计算热解气体质量流量和温度场。同时,研究和分析了三维烧蚀移动边界处理方法以及动网格生成方法。由于每个时间步都需要网格重划,烧蚀热防护数值计算对存储效率和计算效率要求较高,本文研究了内部热响应计算中影响存储效率和计算效率的主要因素,并提出了相应的压缩存储方案和求解方案。计算结果表明,移动边界处理方法准确合理;存储方案的存储效率较高;保持刚度矩阵和形函数矩阵正定对称性可以加快温度场计算的收敛速度。     

Thermal resistance in satellite mounting plates due to conductive heat transfer

The thermal resistance due to conductive heat transfer between two heat generating boxes mounted symmetrically on a thin mounting plate, one side of which is subjected to a constant heat flux and the opposite side is convectively cooled, is considered. The other two sides are maintained at constant temperature. A numerical solution for the temperature field is obtained and the heat transfer between the boxes is found by integrating between the critical heat flow lines. Various nondimensional parameters are identified and their influence on the thermal resistance is studied.     

气体循环热控技术在卫星热设计中的应用

简要概述了气体循环对流主动热控技术在卫星热控设计中的应用，然后结合卫星热控设计，对该设计方法进行理论分析，从理论上定性阐释应用该设计方法时，影响卫星热控设计的主要参数，如星外表涂层，卫星内部接触热阻和导热热阻，星内对流换热系数等，然后对卫星进行热试验，验证热控设计，并得出相应经验数据。     

高温燃气流超声速风洞扩压器热防护设计

为实现高热流环境下高温燃气流超声速风洞系统的重复使用,采用数值方法对扩压器热环境进行了分析,采用沸腾换热方法对扩压器进行了热防护设计,并通过试验验证了沸腾换热理论应用的可行性。结果表明,沸腾换热在水流速2m/s的情况下可实现热流2MW/m 2的热防护,应用沸腾换热可以有效降低设计难度,在较低的速度和压力损失下达到更好的换热效果。     

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。