多层壁瞬态温度分布计算

风挡玻璃电防冰和除冰装置、飞机机翼及直升机旋翼电除冰装量都是有内加热的多层壁。这些多层壁中温度分布计算不仅在这些装置的设计计算中是必需的，而且在考虑多层壁的热变形及热应力时也是必要的。本文用数值法对有内加热的多层壁温度分布进行了研究，根据导热微分方程及各种边界条件，用克兰克－尼可尔辛法推出了典型结构的有限差表示式，然后用高斯－赛德迭代法求解线性方程组，得到了可用于多层壁瞬态温度分布的计算软件。本文用该软件对实际的多层金属壁及多层玻璃作了计算。计算表明，计算结果与文［３—５］所得结果相符。本文所述的方法可推广到二维及三维瞬态多层壁温度分布计算，也可用于无内加热层的多层壁温度计算。     

圆转方非轴对称喷管无粘流动的多层网格法求解

本文利用多层网格法求解三维无粘亚音和跨音速圆转方非轴对称喷管的流动,基本格式是把Ni[1]的二维有限体积积分格式推广到三维流场。边界条件采用文[2]中的“预测一修正”处理方法。为了进一步提高格式稳定性,在计算流动变量的一阶时间变化量时,采用单元体积平均法而不是文[1]中的算术平均法。引入当地时间步及多层网格方法,以加快格式的收敛速度。文中还对多层网格构造形式及其收敛效果作了讨论。通过对两种喷管模型流动的计算和与试验数据的对比,验证了该算法的精度。     

一种计算热场、磁场、电场的新方法——网络拓扑法

本文介绍一种把电网络拓扑理论用来进行场计算的新方法。它把场分割成许多足够小的单元并用等效参数来代替这些小单元,最后把等效参数合并成总的网络并求解就得到整个场的解。这种方法的物理概念清楚,计算简便,适用范围广,准确度高,并能用来计算具有不同介质以及边界形状与边界条件都比较复杂的空间场。在热场、磁场、电场的计算中,它实际上是兼有有限元素法与有限差分法的优点的一种更好的方法。文章介绍网络拓扑法解电网络的基本原理及矩阵方阵的特点,单元等效参数的计算方法及边界条件的处理方法,并证明了有限元素法与有限差分法就是这种方法的特例。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

多层介质涂覆腔体电磁散射特性的IBC/FEM分析

将Leontovich阻抗边界条件(IBC)与矢量有限元法(EB-FEM)相结合对内壁涂覆多层介质开口腔体的电磁散射特性进行分析。将IBC和腔体口面边界积分方程分别转化为第三类边界条件形式，从而导出边值问题的相应泛函。表面输入阻抗通过广义反射系数得到，计入了介质内部电磁波的多次反射，提高了IBC／FEM混合法的精度。数值结果表明这种IBC／FEM方法在分析涂覆多层介质开口腔体电磁散射问题中的便捷性与精确性。     

铝液在多孔介质中渗流时气体反压力模型的研究

本文研究了铝液在多孔介质中快速糁流的特点，建立了在渗流法制备多孔泡沫铝合金时的型腔内气体反压力模型，该模型使计算结果更接近实际浇注情产况，研究表明气体反压力与多孔介质的透过率（即孔隙率和孔径）、渗流速度、渗流长度有关。通过对渗流过程的渗流和传热进行耦合数值计算，并经实际浇注验证，说明数值计算基本合理，对最终优化渗流工艺具有实际意义。     

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。     

大涡模拟在加力燃烧室冷态流场中的应用

对带V型稳定器模型加力燃烧室二维冷态流动进行了大涡模拟。采用了代数和k方程两种亚网格尺度模型，并用SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程，用壁面函数处理固壁边界条件，得到了模型加力燃烧室二维瞬态流场的模拟结果。通过对不同亚网格尺度模型和不同入口速度下的瞬态流场的比较，揭示了不同亚网格尺度模型和不同入口速度分布对带V型稳定器燃烧室二维冷态瞬态流场的影响。     

飞机座舱围护结构瞬态温度分布的数值计算

针对客机座舱围护结构的瞬态传热问题,论文以ARJ21-700型飞机为例,通过对飞行包线内的环境条件、座舱围护结构布置等内外部因素的分析,建立了相应的数学计算模型,并采用有限差分法进行温度场求解,获得了飞行包线内的飞机座舱围护结构各层温度随时间及飞行高度的变化情况.在此基础上,考察了材料层布置方式对座舱围护结构温度分布的影响,研究工作对于飞机座舱瞬态热载荷的计算具有参考价值.     

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。     

非烧蚀防热材料地面模拟试验有效性分析

流场化学非平衡度与材料表面催化反应的耦合控制着服役于化学非平衡流场中非烧蚀防热材料表面的气动热载荷，若在该类防热材料性能模拟研究中忽略这一耦合效应，地面模拟试验将无法获得材料的有效使用性能。为此，本文依据钝头体高超声速飞行器边界层驻点热流关系式，分析了影响驻点热流的主要流场参数、地面高焓模拟设备所提供的高焓超声速流场特点以及与飞行热环境之间的主要差异，采用CFD分析了"三参数"模拟方法的有效性。针对化学非平衡边界层驻点传热分析，提出"四参数"模拟方法并分析了"四参数"模拟方法中离解焓无法模拟时的防热材料性能并提出初步解决方法。     

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.     

带气膜冷却结构的高超声速平板不同前缘形状下表面传热特性研究

当带红外成像制导系统的飞行器在稠密大气层内做高超声速飞行时,必须采取主动冷却方式防止严重气动加热造成的窗口材料热畸变以及复杂流场造成的气动光学畸变。本文根据成像窗口周围流动具有受高超声速钝头体绕流和气膜冷却结构(即背面为空腔的超声速后台阶)共同作用的特点,在 KD-01高超声速炮风洞中开展了带气膜冷却结构的高超声速平板在不同前缘形状下表面传热特性的试验研究,测量了 Ma8来流条件下喷缝下游表面传热系数,试验获得了2种前缘形状的带气膜冷却结构的高超声速平板喷缝周围瞬态流场 NPLS 图像。通过分析试验数据,得出以下结论:对于带气膜冷却结构(气膜不工作状态)的高超声速平板,模型前缘的形状对喷缝下游区域的表面热流整体分布有明显影响,在钝前缘情形下,表面热流分布接近相同前缘形状的平板边界层为层流状态时的表面热流分布;在尖前缘情形下,表面热流分布则表现出从层流边界层状态向充分发展湍流边界层状态变化的特性;喷缝下游分离和再附区表面传热特性和超声速后台阶流动类似,取决于喷缝上缘处边界层相对厚度。     

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.     

求解织物热湿耦合方程的控制体-时域递归展开算法

为求解织物热湿传递耦合方程,给出了一种基于控制体积法和时域递归展开的求解织物热湿传递耦合方程的算法。首先,在时域对方程变量和参数进行级数展开,然后使用控制体积法对方程空间域进行离散,从而化连续性的非线性微分方程组为一系列的递归形式的线性代数方程组。文中给出了问题的求解步骤和算例。结论表明该方法的预测结果具有不依赖时间步长的特点。     

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。     

用热线测量近壁区的流速分布

对近壁流动或称粘性次层流动的研究有着十分重要的意义［１］，因为许多重大难题如：湍流边界层的结构、固体表面与流体之间的传质传热、人工减阻的机理等问题均与其密切相关。本文着重叙述用热线风速仪测量极近因壁区的流速分布及存在的问题，并进行讨论。     

高马赫数小尺度缝隙倒角热流测量

围绕再入式飞行器表面分布式隔热瓦的气动加热问题，针对流动强干扰特征且测量难度较大的小曲率半径缝隙倒角区域，采用Φ0.3 mm量级一体化同轴热电偶开展高马赫数来流条件下的热流测量，研究了缝隙倒角曲率半径、隔热瓦间台阶高度差、缝隙宽度、边界层流态、马赫数等因素对热环境的影响，通过分析热流时域曲线得到了瞬态热流的振荡特征。结果表明:台阶会显著增大热流；边界层流态的差异会引起缝隙倒角热流分布的显著变化；较高马赫数下的热流时域波动特征更温和，热流更低；部分状态存在瞬态负热流现象。 研究结果可为隔热瓦热防护设计和认识缝隙、台阶诱导的复杂流动机理提供参考。     

采用内部测温估计表面热流在高超声速风洞试验中的应用

表面热流预估方法利用试验件内部的温度来预估其表面热流。该方法的最大优点是测量温度的热电偶是内埋在试验件内部,不与外界的高温气流直接接触。该方法为高超声速飞行器飞行实验估计表面热流提供一种可行的途径。为了验证该方法在预测外界流场特性方面的能力,在航天空气动力技术研究院(CAAA)的 FD-03风洞中开展了一系列高超声速气动热风洞试验。试验中采用一块铝合金试验板,部分试验采用光滑平板,其余试验在试验平板的表面添加拌线以干扰外界流场。而后采用热流估计方法预估试验板的表面热流。预估结果表明,如由拌线产生的激波等外流场的强烈变化将在估计的热流结果中得到清晰的显示。     

装有多孔介质的封闭腔体中热驱动换热的数值研究

以涡轮叶片超级冷却技术为研究背景,用数值计算的方法,模拟了离心力场下装有多孔介质的封闭腔体中的热驱动换热现象。计算结果表明,在封闭腔体中加入大孔隙率多孔介质后确实能起到强化换热的效果,采用的固体介质的导热性越好,封闭腔体中流体的热驱动能力越强,换热效果越好。而且采用导热性比较好的固体介质时,在大孔隙率范围内,随着孔隙率的减少,封闭腔体中流体的热驱动能力和换热均得到增强。