Tanabe模型和Smith热调节模型结合预测皮温效果分析

人体热调节模型用于描述人体内外热传递现象，预测热生理参数值。为利用人-服热模型评估室温环境控制，抓住人-服-环境传热的主要因素提出了人体热调节与服装热阻的耦合模型。所提模型由受控系统和热调节控制系统构成。受控系统采用Tanabe模型，把人体分为16个节段，每个节段由内到外分成核心、肌肉、脂肪和皮肤4层，外加与各组织层传热的中心血池，共65个节点，每个节点上利用Pennes生物热方程计算传热量。热调节控制系统采用Smith热调节模型中利用生理数据获取的经验控制方程描述血管舒缩、出汗率和寒颤3种人体基本热调节控制方式。结果表明:所提模型对皮肤温度的预测值与试验结果绝对误差最大值小于0.8 ℃，绝对误差平均值约为0.5 ℃，对试验工况下的人体皮肤温度有较好的预测结果。      

相变降温服热分析

为了研究相变材料降温服在高温高湿条件下的热防护性能和相变材料数值计算 方法应用于降温服传热计算的可行性,在分析服装传热传质特点及计算方法的基础上,利用 焓值分析法对服装中的相变材料建立传热模型,在整个区域建立统一的能量方程,在区域结 点进行离散,并进行隐式求解,得到焓的分布.建立了关于人体、降温服相变材料、人体着装 、环境的传热模型,用此模型进行高温高湿条件下的人体着装的动态仿真,并进行试验验证 .降温服计算和实验结果吻合良好,可以看出,相变降温服热分析方法可靠合理.      

基于人体模型的舱外航天服热系统分析与计算

分析了舱外航天服空间换热的特点,对"空间环境-舱外航天服-人体"热系统进行了传热分析,利用Visual C++ 6.0及OpenGL技术进行了三维人体模型的构造,对人体体表温度的计算结果进行了三维图形显示.结合人体热调节模型建立了"空间环境-舱外航天服-人体"热系统仿真技术,分析了航天员在不同代谢模式、被动热防护状态及液冷、通风系统控制情况下的热状态,确定了各代谢活动水平下航天员达到舒适状态时液冷、通风系统的工作条件,利用暖体假人试验结果对系统仿真进行了验证,结果表明二者吻合很好,本项目具有很好的工程应用价值.      

战斗机地面停放时飞行员综合热应激预测模型

预测夏季战斗机地面停放时飞行员的热应激,以提高航卫等有关人员对飞行员受高温影响的认识,并为采取必要的防护措施提供依据.首先由气象条件估算战斗机座舱内热环境参数,分析穿着夏季飞行基础服装时飞行员在座舱热环境中的热调节过程,模拟飞行员热生理指标变化情况,从而预测飞行员的热应激水平.编制了飞行员穿夏季基础着装在座舱中的热分析软件,给出了热应激预测结果,经高温舱试验验证,人体平均皮肤温度、核心温度及平均体温增值计算与试验结果变化趋势相同,且量值接近,热应激预警结果一致.综合热应激指数模型预测与试验结果对比偏差均小于20%,预测模型合理可靠,能满足使用要求.      

电动汽车动力电池生热模型和散热特性

结合Bernardi生热速率模型建立了单体电池正极片集流体、负极片集流体和电池极板的热耦合模型以及成组电池传热模型;利用Fluent软件仿真分析了自然通风环境中LiFePO₄单体电池的生热特性,模拟了强制空气对流冷却条件下成组电池的生热和散热特性,分析了电池箱出风口位置对电池温度的影响;计算了不同放电倍率下电池组温度变化.计算结果表明:动力电池恒流放电末期,正、负极片的电流密度最大值出现在极耳处,正、负极耳温度高于极板温度,且正极耳温度大于负极耳温度;强制冷却条件下成组电池热特性满足安全工作温度要求;电池箱出风口位置直接影响冷却空气速度场和电池组温度场分布,出风口设置在电池箱下部有助于改善其热状态一致性.对特征点温度监控数据与仿真结果的误差小于5%,能够满足工程需要.      

低温射流抑制空间液氢储罐温度分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂.空间微重力环境中浮力对流被极大减弱甚至完全抑制，当推进剂储罐壁面存在局部漏热时，储罐内部气液两相流会出现环绕漏热源的温度分层现象，引起局部过热沸腾，导致储罐内部压力急剧增大，危害系统结构安全.利用低温射流抑制温度分层现象是一种有效手段.低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合，消减局部高温，实现温度的均匀化.本文采用全充满的二维缩比储罐模型，对微重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的温度分层现象进行数值模拟，分析低温射流条件对于消除微重力条件下液氢储罐内部温度分层效果的影响.      

舱外航天服热控系统仿真

针对人体穿着航天服处于过热状态下的散热问题，在分别建立人体热调节系统、金属氢化物冷源和液冷服数学模型的基础上，将3个模型进行结合，对舱外航天服热控系统在5．5h的时间轴上进行综合的仿真计算，求出人体各节段的温度分布情况，液冷服的入口及出口水温，金属氢化物冷源的出口水温等参数，分析航天员的热舒适性，对航天服热控系统的设计有一定的指导作用，并为今后进一步的研究打下了基础．     

缝隙流动分析及其热环境的工程计算

分别对不同外界流动条件下缝隙内的流动及其形成机理进行了探讨，确定了狭窄缝隙内的流动结构和缝隙内气体的传热过程，经过适当而合理的简化，得出了缝隙内气体的传热模型及热环境计算模型。用有限差分方法对缝隙内热环境进行了数值计算，得出不同外流条件下缝隙内热环境受外界气流影响深度与来流参数的关系曲线。从缝隙流动机理方面说明了计算结果的合理性。并对缝隙内热环境的计算结果进行了试验验证。分析和试验证明，提出的计算方法具有工程实用精度。     

机翼防冰过程中冰脊问题的数值分析

对机翼防冰过程中冰脊的形成特点及冰脊对机翼气动特性的影响进行了计算分析.基于经典的Messinger结冰模型开发了多步结冰程序,对不同条件下过冷水滴的撞击结冰进行了热质耦合计算,计算结果和文献试验结果吻合较好,表明该热质耦合算法的正确性.在此基础上对不同环境温度、飞行速度和不同加热功率等条件下冰脊的生长特点和机翼的气动特性进行了计算分析.结果表明:在非霜冰条件下,冰脊主要在热防护极限外并紧挨着热防护极限的位置处形成和发展,而在霜冰条件下,冰脊主要在机翼下表面形成,但是在热防护区域内有显著的结冰出现,该条件下的结冰对机翼的气动特性具有较大的破坏性.     

机翼防冰过程中冰脊问题的数值分析

对机翼防冰过程中冰脊的形成特点及冰脊对机翼气动特性的影响进行了计算分析.基于经典的Messinger结冰模型开发了多步结冰程序,对不同条件下过冷水滴的撞击结冰进行了热质耦合计算,计算结果和文献试验结果吻合较好,表明该热质耦合算法的正确性.在此基础上对不同环境温度、飞行速度和不同加热功率等条件下冰脊的生长特点和机翼的气动特性进行了计算分析.结果表明:在非霜冰条件下,冰脊主要在热防护极限外并紧挨着热防护极限的位置处形成和发展,而在霜冰条件下,冰脊主要在机翼下表面形成,但是在热防护区域内有显著的结冰出现,该条件下的结冰对机翼的气动特性具有较大的破坏性.     

液氮温区平板蒸发器环路热管实验研究

深低温环路热管是一种高效的深低温两相传热器件,未来可广泛应用于红外探测等空间项目的低温热控系统。为有效减小热管与热负荷间的接触热阻及热管的背向漏热,采用氧化锆作为毛细芯材料,研发了氮工质平板蒸发器环路热管,重点研究了热管的自启动特性、传热性能以及在间歇性热负荷下的运行情况。结果表明:在无辅助情况下,液氮温区平板蒸发器环路热管自启动性能良好,可依靠工质扩散从室温迅速降温至液氮温区。环路热管能够在70~100 K温区稳定运行,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小,最大传热功率为15 W,最小热阻为0.8 K/W。在蒸发器间歇性加热的情况下,环路热管可以保持温度稳定,热响应迅速,无需二次降温。液氮温区平板蒸发器环路热管有效满足了空间低温光学系统的热控制系统的热传输需求。      

舱外航天服热设计技术

提出了舱外航天服热设计技术的研究内容,回顾了国内外在该领域的研究现状.分析了二维冷／热宽温度范围内的人体热调节系统、手指温度仿真以及液冷通风系统传热传质过程,建立了舱外航天服热设计仿真技术平台.通过人体热生理实验对该热设计仿真技术进行了验证.      

锂电池相变材料/风冷综合热管理系统温升特性

锂电池在高倍率充放电过程中会产生大量热量,此热量不及时散出会导致电池超温进而影响电池的使用寿命,甚至导致安全事故。本文设计了一种新型相变材料/风冷综合热管理系统(TMS),并对综合热管理方式下的电池温升特性进行了实验和理论研究。基于集总参数法,结合电池生热及散热机理,建立了电池发热功率计算模型以及相变材料/风冷综合TMS电池温度场数学模型,计算了电池单体发热功率,分析了环境温度、电池充放电循环初始温度、相变温度、对流热阻以及电池和相变材料之间的导热热阻对电池综合TMS性能的影响。结果表明:综合TMS的冷却性能优于纯风冷热管理系统;电池充放电过程为非稳态传热过程,因此较高的初始温度带来超温风险;电池温度场数学模型能准确反映电池升温行为;较高的环境温度下,电池最大温升幅度降低,但可能导致电池最高温度超过安全温度;相变材料的相变温度越低,电池最大温升越低;减小导热热阻及对流热阻能显著提高TMS性能。     

微藻航空燃料的热氧化安定性与热沉

航空燃料安定性和热沉对飞机和发动机工作可靠性、飞机飞行安全及战术性能的发挥有重要作用。利用热重-差热分析联用仪研究了2种典型微藻航油的热氧化安定性和热沉,并与标准航空喷气燃料RP-3进行了对比。结果表明:混合生物油的失重终点温度和最大失重点的温度与标准航空喷气燃料RP-3相比均向高温区移动。在失重区间内,除了物理热沉还有化学热沉的贡献。在热重曲线中定义了2个无量纲参数:引发温度和燃尽指数,引发温度表征起始裂解温度,燃尽指数表征沉积特性。2个参数结合可以较好地诠释燃料的热安定性和热沉。球等鞭金藻油高碳数烷烃在提高热沉基础上导致碳沉积的形成,但小球藻油在热沉提高的基础上,并没有形成碳沉积。说明通过有效控制高碳数烷烃分配比例增加其热沉并控制其积碳在理论和技术上是可行的。      

First-order feasibility analysis of a space suit radiator concept based on estimation of water mass sublimation using Apollo mission data

Thermal control of a space suit during extravehicular activity (EVA) is typically accomplished by sublimating water to provide system cooling. Spacecraft, on the other hand, primarily rely on radiators to dissipate heat. Integrating a radiator into a space suit has been proposed as an alternative design that does not require mass consumption for heat transfer. While providing cooling without water loss offers potential benefits for EVA application, it is not currently practical to rely on a directional, fixed-emissivity radiator to maintain thermal equilibrium of a spacesuit where the radiator orientation, environmental temperature, and crew member metabolic heat load fluctuate unpredictably. One approach that might make this feasible, however, is the use of electrochromic devices that are capable of infrared emissivity modulation and can be actively controlled across the entire suit surface to regulate net heat flux for the system. Integrating these devices onto the irregular, compliant space suit material requires that they be fabricated on a flexible substrate, such as Kapton film. An initial assessment of whether or not this candidate technology presents a feasible design option was conducted by first characterizing the mass of water loss from sublimation that could theoretically be saved if an electrochromic suit radiator was employed for thermal control. This is particularly important for lunar surface exploration, where the expense of transporting water from Earth is excessive, but the technology is potentially beneficial for other space missions as well. In order to define a baseline for this analysis by comparison to actual data, historical documents from the Apollo missions were mined for comprehensive, detailed metabolic data from each lunar surface outing, and related data from NASA’s more recent “Advanced Lunar Walkback” tests were also analyzed. This metabolic database was then used to validate estimates for sublimator water consumption during surface EVAs, and solar elevation angles were added to predict the performance of an electrochromic space suit radiator under Apollo conditions. Then, using these actual data sets, the hypothetical water mass savings that would be expected had this technology been employed were calculated. The results indicate that electrochromic suit radiators would have reduced sublimator water consumption by 69.0% across the entire Apollo program, for a total mass savings of 68.5 kg to the lunar surface. Further analysis is needed to determine the net impact as a function of the complete system, taking into account both suit components and consumable mass, but the water mass reduction found in this study suggests a favorable system trade is likely.     

中型空间环境模拟器真空系统的设计与模拟

探讨了用于舱外航天服性能实验的中型空间环境模拟器真空系统的设计和模拟。通过对低温泵的真空度及其抽速与液氦低温板温度的关系进行模拟,验证了真空系统设计的合理性。对中型环境模拟系统预冷采用开放式液氮以简化系统结构;对系统的主要部件液氦低温板和辐射挡板进行了构造分析和热负荷计算;分析了液氦低温板的凝结层对低温泵性能的影响。通过对液氦低温板温度场进行模拟及分析,对液氦低温冷凝面进行了优化设计与性能验证。通过对航天员氧消耗量的分析合理估算了航天员自身代谢产热,据此确定了中型空间环境模拟系统热负荷及液氦供应量。     

液冷装备散热能力的工程生理学分析

文章对航空航天活动中使用的液冷装备散热能力影响因素,从工程生理学角度进行分析讨论,以便能够结合实际情况,合理选用有关参数,提出最佳设计方案,从而使制作的装备,具有更高的人-环热交换能力,更好地保证人-机工效,最终圆满完成各种飞行任务. 所讨论的影响因素包括:(1)关于液温与流量问题;(2)致冷部位与液流方向;(3)装备内的水汽压问题;(4)身体不同活动水平以及(5)服装结构、接触面积、隔热性能和使用方法等.