非定常流测量用薄膜热电阻温度探针的性能研究

设计了一种铂薄膜热电阻温度探针。稳态试验结果,该探针线性度偏差低于 0.5%。用激波管和高频射流检查了温度探针的频率响应,能达到约 6.0 k Hz。经试验和传热学分析结果,影响传感器热响应的最大因素是基底的热物性和尺寸。用该探针成功地测出了一台跨音速单级轴流压气机的旋转失速信号。实践表明,薄膜热电阻温度探针以其高频响、良好的线性度、高灵敏度和简单实用,在非定常流温度测量中有良好的应用前景。      

高能离子辐照下薄膜界面化学结合增强的模型

近年来高能离子辐照引起的薄膜附着力增强现象及其应用受到了广泛的重视。由于高能离子一固体相互作用的复杂性,目前对附着力增强的物理机制的认识还不清楚。文章基于高能离子辐照引起界面原子化学结合键增强的思想,建立了薄膜附着力增强的理论模型,并由此得到辐照离子阈剂量与离子能量损失(电子阻止能力)及其界面原子结合键能的分析表达式,计算结果与实验结果很好吻合。理论分析表达式说明,膜附着力增强的阈剂量受界面原子结构、元素种类、电子阻止能力及其形成固体径迹所损失的能量等多种因素有关。     

空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证

针对Hart-Smith板壳粘接缝模型不适用于空间薄膜结构粘接缝的问题及空间薄膜结构高精度设计中粘接缝二维模型缺失的问题,开展了空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证工作。首先基于Kirchhoff板理论建立了空间薄膜结构粘接缝的三维模型,计算了粘接缝内部剪应力和剥离应力分布;其次,将三维模型映射到二维,建立了薄膜粘接缝二维等效模型,给出了二维等效模型的杨氏模量和强度的计算方法;最后,对薄膜粘接缝二维等效模型进行了仿真校验,仿真结果表明,根据二维等效模型求得的杨氏模量误差为4.5%～11.8%,且该误差与粘接缝宽度正相关。仿真校验证实了粘接缝的主要失效模式为剪切,且粘接缝的等效强度不受粘接缝宽度影响。当粘接缝宽度为5 mm时,二维等效模型比Hart-Smith模型求得的等效强度误差减小了29.2%。薄膜粘接缝二维等效模型为空间薄膜结构高精度设计提供了参考。     

发电-储能一体化柔性电源系统结构热特性仿真研究

基于柔性薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池、全固态薄膜锂电池(TFB)和柔性管理电路组成的发电-储能结构一体化电源系统,可以用作便携式应急电源,也可与无人飞行器、便捷式电子设备、无线传感网络节点等结合,实现自身能源的闭合供给,满足相关装备对电能源全天候、长时间、模块化等多样化应用的需求。但在实际工作中,系统的电转化效率只有30%左右,大部分太阳光的能量经太阳电池吸收后会转化成热,TFB在充电过程中也会发热。电源系统中,柔性太阳电池和TFB采用键合的方式结合,由于薄膜各层材料的热膨胀系数不同,产生的热量会在电源系统内部导致热应力,造成键合材料的分离,甚至破坏整个电源系统。通过计算机模拟柔性电源系统在月球表面环境下的工作状态,建立电源系统结构模型以及热传递数学模型,仿真得到不同结构电源系统工作时的温度场和应力场分布情况,对发电-储能一体化柔性电源系统结构优化和工作状态的掌握具有指导意义。     

基于虚拟热源法的飞机电热风挡传热数值仿真（英文）

为解决弧面外形的飞机电热风挡传热数值仿真过程中因薄膜热源对应的网格厚度过小易于导致的网格负体积、非物理解等问题,基于电热风挡薄膜热源厚度范围(10^-9～10^-7 m)较其相邻多层介质厚度较小这一事实,结合傅里叶传热理论分析,构建了一种针对飞机电热风挡传热数值仿真薄膜热源处理的虚拟热源法。该方法通过设定薄膜热源虚拟物性参数弱化薄膜热源实际厚度对其相应仿真网格厚度的约束,从而实现薄膜热源厚度与其对应网格厚度的解耦。利用该方法对2种不同薄膜热源网格厚度的电热风挡模型进行了非稳态传热数值仿真,并将仿真结果与按实际薄膜热源厚度设定网格厚度及物性参数的电热风挡模型仿真结果进行对比发现,虚拟热源法求解的仿真结果与按常规设置求解的仿真结果在温度和时间两个维度上均吻合。因此,在求解类似电热风挡这种具有薄膜内热源的非稳态传热问题时,可在构建网格模型时按需设定薄膜热源网格厚度,并在求解时采用虚拟热源法,以避免网格负体积或非物理解问题的发生。     

矩形薄膜和充气管的屈曲及后屈曲行为分析

 对矩形薄膜及充气管的屈曲及后屈曲过程进行了分析。首先基于矩形薄膜褶皱区域的应力平衡关系,得到了矩形剪切薄膜褶皱的波长及幅度的表达式,并考虑了微小的初始张力的作用。基于稳定性理论建立了薄膜褶皱的数值分析方法,通过实验的方法对分析结果进行了验证。分析表明矩形剪切薄膜的屈曲过程是分枝点平衡问题。对于充气管的分析是基于张力场理论建立了其扭转临界扭矩的表达式,并与数值分析的结果进行了对比分析,分析表明充气管的屈曲过程是极值点平衡问题。通过对比分析,两种结构形式的分析结果与数值分析的结果基本符合。建立的分析方法能够有效地进行薄膜结构的屈曲及后屈曲过程的分析。     

二氧化碳射流下孔型对气膜冷却特性影响的实验研究(英文)

This article presents the data about heat transfer coefficient ratios, film cooling effectiveness and heat loads for the injection through cylindrical holes, 3-in-1 holes and fanned holes in order to characterize the film cooling performance downstream of a row of holes with 45° inclination and 3 hole spacing apart. The trip wire is placed upstream at a distance of 10 times diameter of the cooling hole from the hole center to keep mainstream fully turbulent. Both inlet and outlet of 3-in-1 holes have a 15° lateral expansion. The outlet of fanned holes has a lateral expansion. CO2 is applied for secondary injection to obtain a density ratio of 1.5. Momentum flux ratio varies from 1 to 4. The results indicate that the increased momentum flux ratio significantly increases heat transfer coefficient and slightly improve film cooling effectiveness for the injection through cylindrical holes. A weak dependence of heat transfer coefficient and film cooling effectiveness, respectively, on momentum flux ratio has been identified for the injection through 3-in-1 holes. The in- crease of the momentum flux ratio decreases heat transfer coefficient and significantly increases film cooling effectiveness for the injection through fanned holes. In terms of the film cooling performance, the fanned holes are the best while the cylindrical holes are the worst among the three hole shapes under study.     

薄膜充气管展开模拟试验

根据多体理论中凯恩方法建立的折叠充气管模型,模拟研究了V形折叠充气管的充气展开动力学特性.由管内气压变化与充气展开时间的关系,分析了不同充气速率和初始展开角时展开加速度与时间的关系.结果表明:该模拟方法有效,展开加速度与充气速率总体成正比.另发现,为改善充气管的展开动力学性能,需控制特定展开角度范围内的加速度波动.     

离子注入铜薄一的氧化行为

为克服铜易氧化造成薄膜电阻增加、机械性能下降的缺点,采用离子注入技术对铜薄膜表面进行改性研究。离子注入后进行了氧化试验,并结合Ｘ射线衍射和卢瑟福背散射进行了分析。结果表明,离子注入对原有薄膜的电阻影响是很小的;随注入剂量的增大,抗氧化能力提离;离子注入不但改善了铜薄膜的抗氧化能力,而且氧化行为及氧化层的结构也发生了变化,未经注入的铜薄膜形成的氧化铜以Ｃｕ２Ｏ为主,注入后氧化铜则为Ｃｕ２Ｏ和ＣｕＯ复     

Sol—GelTiO2薄膜的氮化研究

探讨了一种制备多孔性氮化钛薄膜的新方法。以钛酸正丁酯ＴＩＲ为前驱物,通过溶胶－凝胶（ｓｏｌ＿ｇｅｌ）过程可在不锈钢等基体材料表面涂覆一定厚度的ＴｉＯ２凝胶膜。Ｘ－射线衍射分析（ＸＲＤ）表明,以ＮＨ３气作为氮化气氛,能完成在ＴｉＯ２薄膜到ＴｉＮ薄膜的转变。