“接触-导热”式热管辐射散热器设计与分析

针对空间核反应堆电源中的热排散系统，新设计出“接触-导热”式热管辐射散热器结构，根据此散热器结构提出了“划分节点-分层耦合”的传热计算模型，计算了其辐射散热特性，并以JIMO(木星冰卫星轨道器)空间探测任务为背景，对散热系统整体进行了性能分析与对比。结论如下：为提升单块辐射板以及系统整体的散热性能，除可通过增加NaK⁷⁸入口温度途径外，还可采用增大NaK⁷⁸循环流量的方法；对于单块辐射板而言，散热面积固定情况下当NaK⁷⁸流量由1 kg/s增加至10 kg/s,辐射板散热量可增大14.14%,而对于系统整体而言，散热量固定工况下当NaK⁷⁸流量由1 kg/s增加至10 kg/s,所需辐射板总面积可减小67.73%;为提高系统循环流量，可采用“串-并联”相结合的辐射板连接方式实现；JIMO散热系统采用新型辐射板结构，散热总面积最大可减小59.06%,散热板总质量最大可减小4.24%,新型散热板结构具有一定的高效与轻质性。研究结果对空间堆电源系统热管式辐射散热器设计具有指导意义。     

可重复使用运载火箭返回段低温流体行为特性

可重复使用运载火箭在返回段复杂干扰作用下，贮箱内低温推进剂与高温气枕剧烈掺混，造成贮箱压力下降、推进剂温度升高等问题。针对垂直起降（VTVL）运载火箭返回段推进剂掺混及重定位过程开展研究，首次建立了液氧掺混后行为特性仿真模型并通过加速落塔试验进行验证，研究垂直起降运载火箭返回段复杂干扰作用下低温流体行为特性，获得推进剂形态、贮箱压力、推进剂温度及蒸发量等变化规律，为推进剂管理系统及增补压方案设计提供支撑。     

大温差下印刷电路板式换热器起动过程建模与实验

针对大温差下的印刷电路板式换热器(PCHE)的起动过程，提出了一种一维瞬态换热计算模型，该模型考虑了印刷电路板式换热器固体结构的内部导热过程，可计算起动过程中换热介质和印刷电路板式换热器的温度响应。同时以N₂为换热介质，开展了印刷电路板式换热器的瞬态换热实验，N₂的最高、最低温度分别为450、103 K，将模型计算结果与实验结果进行对比，冷侧N₂出口温度的模型计算值与实验值之间的平均误差为11.3 K，实验结束时热、冷侧换热量的计算偏差均在7%以内，该结果证明了所提出的计算模型的有效性。在上述计算模型的基础上，对起动过程中印刷电路板式换热器工作参数的空间分布和时域变化特征进行了计算和分析，结果表明换热器的外侧盖板与固体核心区之间的传热过程非常重要，在进行大温差下的瞬态换热过程计算时不应被轻易忽略，同时增大两侧换热介质的流量和减小换热器外侧盖板的厚度是缩短印刷电路板式换热器起动过程响应时间的有效方法，且在一定的流量比范围内，两侧换热介质入口雷诺数之积是影响响应时间的重要因素。     

条缝喷嘴几何结构对旋流冷却特性的影响

为了寻求更优的透平叶片前缘冷却结构，建立了条缝喷嘴旋流冷却结构，并选用标准k-ε湍流模型进行数值计算，探究了条缝喷嘴几何结构对旋流冷却流动与换热特性的影响。在所研究雷诺数范围内，条缝喷嘴旋流冷却靶面换热流向不均匀度比离散结构小67.8%～71.9%；条缝喷嘴旋流冷却靶面换热强度在喷嘴范围内沿流向呈上升趋势；通过改变条缝喷嘴截面斜度角可以有效影响靶面换热分布，当斜度角为0.24 rad时，换热强度沿流向基本呈均匀分布，超过此值，则呈下降趋势；条缝喷嘴高度对旋流冷却换热均匀性影响较为明显，当喷嘴高度是水力直径3.41倍时，综合性能最好；此外，还探究了条缝喷嘴宽度对旋流冷却的影响。     

侧壁开孔蜂窝夹芯结构的传热性能分析

针对侧壁开孔蜂窝夹芯结构，建立了蜂窝单元高温辐射-导热耦合传热模型，采用有限元方法分析了内部传热机制，获得了其高温等效导热系数。讨论了开孔形状、开孔参数、孔排布形式等结构参数对等效导热系数的影响，拟合得到了等效导热系数的计算关联式。研究表明：开孔形状对蜂窝单元等效导热系数几乎无影响；等效导热系数随孔隙率增大而减小，受开孔数影响较小。并联开孔相对于串联开孔时等效导热系数更低，孔隙率14%、孔数为4时等效导热系数比串联时小8.4%，相较于未开孔时降低16.1%。     

短舱防冰系统三维内外流耦合计算方法

为提高防冰性能评估效率，更好地支撑发动机短舱防冰系统设计工作，基于松散耦合方法开展了适用于短舱进气道笛形管防冰系统的三维内外流耦合仿真计算方法研究。将三维全尺寸短舱进气道计算模型分割为内、外流计算域，并以防冰腔外表面温度和换热系数作为计算域之间的交互数据，以实现内外流耦合迭代。根据干、湿空气条件下防冰表面流动传热特性，考虑湿空气条件下由过冷水滴撞击产生的质量与能量源项，同时引入短舱进气道周向非对称特性导致的三维溢流效应影响，总结了干、湿空气条件下短舱进气道防冰系统内外流松散耦合迭代策略。计算结果表明：在干空气条件下防冰内外流松散耦合迭代仅需3个轮次即可收敛；在湿空气条件下，受防冰表面溢流影响，内外流耦合迭代4个轮次后趋于收敛。     

湍流热对流调制及其机理的研究现状和展望

湍流热对流现象广泛存在于自然界和实际工程应用中，Rayleigh-Bénard(RB)系统是研究湍流热对流问题的经典模型。湍流传热的调制及其机理问题是湍流研究的重点。在经典RB系统中，上下板附近的温度边界层与系统传热关系密切，边界层内热湍流结构（羽流）的生成演化特性直接决定着系统传热效率。目前的调制策略主要通过改变上下板边界的几何型形状或改变温度边界条件来控制RB系统的对流强度，实现增强或抑制系统传热。本文主要从边界几何调制、边界温度时间调制和边界温度空间调制三个方面分别介绍和讨论了近年来有关湍流热对流调制及其机理研究方面的最新进展，并在最后提出了针对该方向的一些思考和展望。     

基于纳米多孔薄膜的蒸发特性

实验研究了基于纳米多孔薄膜的蒸发特性，以氟化液FC-72为液态工质，对比分析了开口向上和向下时的相变特性。结果发现：两种工况下，其热流密度-过热度曲线具有相似的变化趋势，且均出现热流密度增加而温度保持不变的“薄液膜蒸发”区间。在低热流密度下，温度均较为稳定，但开口向下时的传热性能始终优于开口向上时，分析原因为重力对供液的影响和液膜厚度对热阻的改变。随着热流密度的增加，表面温度波动也越来越剧烈，甚至出现了温度的峰值，最终开口向下和向上达到的临界热流密度值分别为59 W/cm2和47W/cm2；同时，对蒸发过程进行理论建模，得出其蒸发系数分别为0.043 1和0.021 9。     

基于响应面法的X型桁架阵列通道冷却性能优化

基于数值结果构建了有关X型桁架通道壁面平均努塞尔数、摩擦因数和综合热力系数的2阶响应面模型，分析了桁架杆直径比、桁架杆夹角和桁架杆倾角等对X型桁架通道冷却性能的影响规律，并优化得到了最佳参数。结果表明：增大桁架杆直径比和桁架杆夹角均可以快速地提高平均努塞尔数，但也相应地增大了摩擦因数；增大桁架杆倾角先提高后又降低了平均努塞尔数和摩擦因数；增大桁架杆直径比、桁架杆夹角和桁架杆倾角均会使综合热力系数先增大后减小。当桁架杆直径比为0.075 0、桁架杆夹角为60°和桁架杆倾角为33.79°时通道的传热性能最优；当桁架杆直径比为0.067、桁架杆夹角为37.88°和桁架杆倾角为31.36°时通道的综合热力性能最优。     

液氮温区二维指向深冷环路热管设计与实验研究

空间二维指向机构与红外探测器配合，有利于实现对空间目标大范围的动态追踪、指向、快速定位等功能。将深冷环路热管（CLHP）与二维指向机构耦合，可以大大降低系统机构的复杂程度，实现远距离热传输，提高探测精度和转向灵活性。为此，设计研制了液氮温区二维指向CLHP。对设计流程和部件参数进行了介绍，通过伺服电机驱动实现了俯仰、偏航±90°以上的转动。通过开展热真空实验，研究了不同工作参数对超临界启动和传热极限的影响。结果表明：所设计的系统具有最大13 W的传热能力，适当提高充装压力有利于提高系统的稳定性和传热能力，增大次蒸发器辅助载荷有助于提高最大传热能力。