空间站大面积太阳翼热分析

本文在一定的假设条件下，对空间站大面积太阳翼进行了系统的热流和温度场计算。在计算中利用矢量分析和坐标变换的方法求解出了太阳直接辐射1地球红外辐射和地球反照的辐射角系数，再根据传热学理论建立了瞬态热平衡方程，应用有限单元法对热平衡方程进行了求解。本文通过计算给出了各项热流的大小及在总热流中所占的比例和太阳民办的瞬态温度场分布，对空间站大面积太阳翼设计及热控制具有一定的参考价值。     

塞块量热计的热流计算与修正方法研究

为减小塞块量热计的热流测量误差，对其热流计算与修正方法开展了研究。根据能量守恒原理和传热理论，建立了隔热套结构塞块量热计的传热模型和计算方法；通过对塞块量热计传热模型的仿真分析，给出了温升率提取方法和计算误差的主要影响因素；提出了直接比对标定修正方法和基于标定的数值计算修正方法。仿真和试验结果表明:两种方法均能较大幅度减小塞块量热计的热流测量误差，使其误差控制在5%以内；直接比对标定修正方法的误差相对更小，但要求热流标定系统能覆盖被测热流范围；基于标定的数值计算修正方法对热流标定系统要求较低，适用范围更广。     

椭圆截面喷管排气辐射热流数值分析

本文对直升机红外抑制器椭圆截面喷管排气的辐射热流进行数值分析,并预估排气温度分布速度和燃气成分分布对辐射热流的影响。为了正确计算辐射热流,本文采用六热流辐射模型来考虑尾焰对周围环境传热的影响。紊流模型采用修正的双方程k—ε模型。由于喷管出口截面为椭圆形,因此排气为三元自由射流,控制方程为抛物型偏微分方程,可采用前进积分求解。计算结果与试验结果基本一致,说明本计算方法是可行的。     

燃油冷却面板传热特性试验与计算分析研究

采用热电偶测温、气壁红外测温及燃油样品裂解度测量等多种手段,在DJ-21电弧加热器上进行了燃油冷却面板传热特性试验.进行了共计19次燃油冷却面板传热特性试验,试验高状态对应平均热流为1.6MW/m2,低状态对应平均热流为1.1MW/m2;用于冷却的燃油质量流率为1.84~5.8g/s.为了反映冷却面板热流密度分布,以喷管三维流动计算结果作为输入条件,将计算得到的热流密度与试验测量的冷壁热流密度比较,用以确定流场计算方案、流场切取方案和热流密度计算方案.发展了冷却面板稳态准三维热分析程序,将等效热流对应的冷壁对流换热系数和燃气总温作为高温燃气侧的边界条件.使用热分析程序完成了相应的计算.通过试验与计算数据对比研究,表明热分析计算的可信性.试验验证了冷却面板的设计与加上是可行的.     

风力机防冰热载荷计算

采用一种新的基于压力和剪切力的溢流水流量计算方法进行部件表面防冰热载荷数值模拟。求解雷诺平均N-S方程,嵌入k-ωSST湍流模型获得空气流场;欧拉法求解水滴质量和动量守恒方程,获得部件周围水滴速度分布和表面水滴撞击特性;基于传统的Messinger控制容积思想,分析控制体的各项热流,建立质量守恒和能量守恒方程,引入溢流水质量流量计算方程,封闭控制方程,求解方程组获得表面所需的防冰热载荷。采用本文提出的新的流量计算方法获得了NACA0012翼型表面的结冰冰形,并与试验数据进行对比,说明了流量计算方法的正确性。计算分析了不同条件下表面的防冰热载荷分布,结果表明,工作风速和液态水含量的变化既影响了防冰热载荷大小,也影响了溢流范围,而工作温度仅影响防冰热载荷,水滴平均容积直径仅影响溢流范围。     

基于分区迭代推进方法的锥体热环境研究

针对锥体热环境问题,提出了气动热与结构传热的分区迭代推进分析方法。其中流场采用有限体积法计算,空间离散采用AUSM+格式。时间推进采用显示多步Runge-Kutta格式,结构热传导采用有限元方法求解,而数据传递采用基于虚拟空间的插值方法。圆管验证算例分析显示,2 s时刻驻点处的热流密度和温度的计算值与试验值的相对误差分别为1.34%和4.95%。最后进行了直二次圆锥体的热环境分析,壁面初始热流密度值与试验值吻合得很好,其中驻点热流的计算值与试验值的相对误差为3.1%。耦合分析过程中驻点温度随时间的推移而升高,且上升趋势逐渐变缓,最终趋于稳态值。此外时间的变化对锥体表面压强的影响可忽略不计,而壁面热流却随时间的增加而降低。     

水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析

研制了一种包含球冠测热体和热防护罩的球头水卡量热计,建立了球冠测热体与测试水的流热耦合模型,基于该模型和热流标定试验分析了水道内水温分布特点及其对热流测量的影响。结果表明:水道内测试水离受热面越近,水温越高,且沿水道径向的温度梯度越大;测试水质量流率越小,沿水道轴向和径向的温度梯度越大,热流计算结果因水温测点位置不同的差异就越大。设计水卡时应使热电偶尽可能远离受热面并靠近水道中轴线;使用前需进行热流标定,确定合适的测试水质量流率范围,获得准确的修正系数。试验结果表明,该球头水卡量热计能够应用于长时间、高精度、多状态的驻点热流测量。     

防热瓦式防护系统缝隙热控设计规律

建立了热防护系统(Thermal protection system,TPS)缝隙气动热分析的计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模型,将缝隙热流密度分布情况与平板热流进行了对比,结果表明由于缝隙的存在缝隙上端出现了热流峰值,并且缝隙迎风面热流密度大于背风面热流密度,缝隙热流密度主要集中在缝隙上端与缝隙宽度相当的区域内;采用分析获得的缝隙热流密度建立了缝隙热控分析的有限元传热模型,结果表明缝隙气动热和缝隙类空腔辐射会造成机体表面温度的升高,是造成缝隙热短路现象的原因;最后研究了缝隙几何形状(缝隙宽度、缝隙倒圆角以及缝隙台阶)对缝隙热控性能的影响,分析结果表明随缝隙宽度增加,机体表面最高温度升高。随缝隙倒圆角半径增加,机体表面最高温度降低。随缝隙台阶高度增加,台阶正差时机体表面最高温度升高,台阶逆差时机体表面最高温度降低。     

导弹天线罩静热联合试验及其热强度分析

本文介绍了导弹天线罩地面模拟试验的技术与方法，并采用有限元法求解某型号天线罩结构在热流与机械载荷的作用下，结构内部随时间变化的温度场及应力场。计算时主要是依据模拟试验中所施加的边界条件和载荷条件进行的。     

侧喷干扰高温燃气效应讨论

在实验或计算中，通常采用冷喷流（或某种程度上的等效气体喷流，或无反应多组分混合气体喷流）开展侧喷干扰研究，这种处理方法在具有轨迹控制发动机的未来先进飞行器的设计中可能会产生问题。简要回顾了侧喷干扰气体模型对力和力矩影响的实验和计算研究成果，针对满足实际应用需求的大喷流动量比情形，开展了冷喷流、无反应气体喷流和反应气体喷流计算模型对典型锥-柱-裙外形的力、力矩以及侧喷干扰区域内气动加热峰值影响的研究。结果表明:无喷流条件下，反应对力和力矩的影响非常微小；开启喷流后，3种气体模型的法向力差异约4%~15%，力矩差异大于20%。冷喷流不能用于预测侧喷干扰峰值热流，反应气体喷流干扰峰值热流计算结果比无反应混合气体高13%。满足应用需求的大喷流动量比侧喷干扰的力学特性和峰值热流分布，均需开展复现高温燃气效应的实验验证。     

飞机液压系统柱塞泵热分析

随着飞机液压系统向高压化、大功率化方向发展，液压系统的发热及温升问题受到了广泛关注。柱塞泵作为液压系统中重要的能量转换装置，对液压系统的功率损失和温度有重大的影响，良好的柱塞泵的热分析对液压系统的热设计和温度控制有重要的意义。然而传统的柱塞泵热分析方法，如平均油温法、软件仿真法和热节点网络法，因不够准确、高效和简洁而不能满足现代飞机液压系统热分析和热设计的相关需求。本文针对飞机液压系统柱塞泵发热的相关问题，采用基于集总参数的热网络分析方法，建立了柱塞泵热网络模型，通过对柱塞泵不同工况下的仿真，验证了模型的有效性和准确性，为柱塞泵及液压系统的热分析提供了参考。     

多目标约束下的民机舱室气流组织优化研究

民机客舱内的气流组织和人体热舒适性受到送风形式、送风温度和风量等多种因素的影响。在现代民机舱室设计中,客舱新风的送风形式很大程度逐渐受限于舱室美学设计方案。本文采用CFD流体仿真技术,结合客舱内饰设计对民机客舱的热环境和舱内人体热舒适性进行研究。本文建立了适用于民机客舱热环境仿真的多目标优化方法,对新型行李箱结构设计下的顶部送风口的位置进行优化分析,优化结果能够明显改善民机客舱内的空气分布和乘客的热舒适性。研究发现新型行李箱结构会使得顶部新风产生贴壁流动的康达效应。康达效应会很大程度上改变顶部新风的流动轨迹,影响新风利用率和乘客的舒适性。     

水下航行器热尾流试验研究

水下航行器热尾流温度分布研究对红外探潜和鱼雷制导都有重要意义.建立了一套用于实验室热尾流测量的温度测量系统,实验研究了水下航行器排放冷却水形成的热尾流温度分布特征,通过对水下航行器在稳定温度分层水池中航行形成的热尾流的温度测量及红外摄像,发现水下航行器排放热水形成的热尾流中的温度分布特征规律明显,实验结果与数值计算结果符合较好,分析了影响热尾流温度分布的主要因素,为舰艇热尾流的数值预报研究提供了基础.     

MEMS 壁面剪应力传感器阵列水下标定实验研究

壁面剪应力的精确测量对于研究水下物体边界层流动、寻求有效的减阻增效措施至关重要。MEMS 壁面剪应力传感器的标定首先是最基本的静态标定,其决定了其测量的精度和数据的可信度。本文在分析已有标定方法的基础上研发1种新型水下壁面剪应力给定装置,并采用数值方法计算分析不同流速下的壁面剪应力给定条件,进而设计壁面剪应力传感器静态标定方案,开展了一种 MEMS 热膜式壁面剪应力传感器阵列的水下静态标定实验,获得了各传感单元的标定系数。     

光伏阵列风荷载干扰效应风洞试验研究

风荷载是光伏板设计的主要荷载,对于大面积光伏阵列,其风致干扰效应明显,风荷载取值需要进一步研究明确。本文采用刚性模型测压风洞试验研究了光伏板体型系数干扰效应。通过改变倾角、风向角和光伏板的组数,研究了阵列中干扰效应对光伏板风荷载取值的影响。结果表明:当光伏板面迎风或者背风时,出现最大正压或负压;上游光伏板对下游光伏板存在明显的遮挡效应,倾角越大,遮挡效应越显著;上游光伏板三排以后,下游光伏板的风荷载趋于稳定。基于上述干扰效应给出了光伏阵列体型系数的取值建议并与规范取值进行了对比,为光伏阵列的抗风设计提供参考。     

某空间站太阳电池阵中央桁架热-结构耦合动力学分析

本文研究了大型空间结构的热振动问题。提出了全区间耦合单步内非耦合的有限元计算方法。既满足了计算精度，又提高了计算效率。通过对某型空间站太阳电池阵中央桁架热振动的数值仿真，得到了若干对工程实际有一定参考价值的结论。     

不同热控涂层的飞艇散热器Fluent仿真分析

为了分析不同热控涂层的性能，采用Fluent模拟了临近空间飞艇上小型散热器在20 km高空的热平衡状态。散热器分别使用S781白漆、S956灰漆及La_1-xSr_xMnO₃化合物热致变材料作为热控涂层，使用UDF（User defined function）编码对热控涂层设置随涂层温度变化的发射率。经过模拟计算，得到了在太阳垂直照射与无太阳辐射两种极端情况下不同热控涂层散热器的温度分布。仿真结果得出在太阳垂直照射下，使用La_1-xSr_xMnO₃化合物作为热控材料散热器的锂电池温度处于最佳工作温度范围，但其在太阳垂直照射与无太阳辐射情况下电源的平均温度温差为8.89 K，略大于S781白漆的温差6.57 K。模拟中，La_1-xSr_xMnO₃热致变材料发射率变化较小，约为0.11，垂直照射时温度最高的散热区域发射率可达到0.8，无太阳辐射时温度最低的散热区域约为0.69。     

液体火箭发动机管路热防护研究与瞬态仿真分析

为了保证发动机正常工作,需要对管路进行保温设计。对管路热环境进行了仿真,利用ANSYS软件编写APDL程序,对一定厚度发泡层的空间管路进行了热分析,得到了管路的瞬态温度场。为了减小管路发泡层的厚度,采取在管路外侧利用电流加热;该改进方案在减少了管路重量的同时,也增加了管路的安装空间。该仿真分析为发动机管路的保温设计奠定了基础。     

Aero-thermo-elastic Numerical Calculation and Analysis of Spinning Rocket

The application of computational fluid dynamics/computational solid method （CFD/CSM） on solving the aero-thermo-elastic problem of spinning rocket is introduced. Firstly, the aerodynamic coefficients of a rocket are calculated, and the results are compared with the available experimental data, which verified the accuracy of the CFD output. Then, analysis is carried using ANSYS Workbench multi-physics coupling platform, which includes fluid, thermal, and structural solvers. The results show that spinning causes a significant effect on the de formations and stresses. Furthermore, thermal stresses due to high temperature at the rocket warhead and tail edges have a dominated effect, even more than those produced by aerodynamic forces. Consequently, this important outcome should be taken into consideration during the rocket design stages.