新兴的人机与环境工程技术科学

围绕人-机-环境系统、飞行器环境控制和生命保障系统、环境模拟技术、空气调节技术4个方面,对国内外人机与环境工程科学研究进展情况作了综述;着重介绍了人-机-环境系统的计算机仿真、ECS制冷系统、航天器的生命保障系统、地面、空中及空间环境模拟技术、空气调节技术的最新发展方向和需要进一步研究的问题等,以期进一步推动该技术学科的研究和发展.     

潜艇应急燃气吹除过程的数值仿真及实验验证

进行了潜艇应急燃气吹除系统的小比例模型原理实验,模拟了水下100 m深度时燃气吹除的排水性能与规律以及燃气吹除过程中的主要性能参数变化情况.建立了模拟小比例实验吹除过程的物理模型,应用结构化六面体网格对其两相流体流动区域进行了计算区域的离散化,并对100m海水深度下的燃气吹除过程进行了数值仿真计算,得到了对燃气泡成长规律的描述,深化了对排水过程机理的认识.仿真结果与实际情况的实验结果十分吻合,混合气体压力和排水总体积的相对误差均不超过5%,验证了数值仿真方法的可行性.     

过载加速度下涡旋微槽内单相流动特性实验

以体积浓度30%的乙二醇水溶液为工质,对槽宽0.5mm,深宽比为2、3、4的矩形截面涡旋微槽试件在过载加速度条件下的流动特性进行了实验研究。试件所用材料为紫铜,每个试件上按两行分布6个涡旋微槽,所承载加速度由离心式过载加速度试验机提供。分析了不同深宽比的涡旋微槽在不同工质流量和不同过载加速度下的流动特性,得出了微槽结构、工质流速对其流动特性的影响。结果表明,加速度方向对微槽内流动特性有着决定性的影响,且加速度越大,摩擦阻力系数越大。在过载加速度条件下Dean数是决定涡旋微槽抵御和适应过载加速度对其流动特性影响的重要因素。     

一种新型储能装置充冷过程的实验及分析

近年来,泡沫金属作为填充材料在强化传热方面的功效已被越来越多的研究证实.采用泡沫铜和水构成新型复合相变材料,制成一种高效储能装置,通过模拟实验研究,测试了这种储能装置在冷藏装备上的保温效果.进而采用准稳态法建立了复合相变材料的数学模型并进行了数值仿真计算,计算结果与实验测试结果相符.实验和数值仿真结果都表明,相对传统储能装置,新型储能装置充冷迅速而充分,整体的传热速率和储能效率得到了显著提高,在冷藏运输中有非常好的应用前景.      

潜艇应急燃气吹除过程的理论分析及实验验证

通过对燃气吹除压载水舱过程进行热力学分析,确立了考虑相变产生水蒸气情况下燃气吹除过程的能量方程、质量方程和气体状态方程,推导并建立了压载水舱吹除过程的数理模型.进行了潜艇应急燃气吹除系统的小比例模型原理实验,模拟了水下100m深度时燃气吹除的排水性能与规律以及燃气吹除过程中的主要性能参数变化情况,并对影响吹除效率的各种因素进行了分析.实验结果与所建立的潜艇应急燃气吹除过程数理模型的仿真结果进行了对比验证,结果表明,通过热力学方法建立的用于燃气吹除过程的工程计算数理模型与实际实验情况符合较好,可用于燃气应急吹除系统的设计及优化.     

涡旋微槽流动与传热特性数值模拟

涡旋微槽散热器具有传输高热流密度的潜力,在解决航空航天高功率密度器件热控制方面具有广泛应用前景.在实验研究的基础上,采用有限体积法对不同体积流量和槽道结构的涡旋微槽中的流动与传热特性进行了数值模拟研究.对涡旋微槽流动的稳定性进行了分析,给出了摩擦因子和Nu数沿流动方向的变化曲线,并采用场协同原理对涡旋微槽强化传热的机理进行了探讨.计算得到的微槽平均传热系数和摩擦阻力系数与实验数据进行了对比.结果表明:涡旋微槽中二次流的出现是涡旋微槽强化传热的机理所在.     

过载加速度下涡旋微槽内单相流动特性实验

以体积浓度30%的乙二醇水溶液为工质,对槽宽0.5mm,深宽比为2、3、4的矩形截面涡旋微槽试件在过载加速度条件下的流动特性进行了实验研究.试件所用材料为紫铜,每个试件上按两行分布6个涡旋微槽,所承载加速度由离心式过载加速度试验机提供.分析了不同深宽比的涡旋微槽在不同工质流量和不同过载加速度下的流动特性,得出了微槽结构、工质流速对其流动特性的影响.结果表明,加速度方向对微槽内流动特性有着决定性的影响,且加速度越大,摩擦阻力系数越大.在过载加速度条件下Dean数是决定涡旋微槽抵御和适应过载加速度对其流动特性影响的重要因素.     

加速度场中环路热管温度波动现象分析

基于离心机系统,搭建了双储液器环路热管（DCCLHP）工作特性实验台,实验研究了环路热管在地面重力场和过载加速度场中的运行性能,热载荷范围为25～300 W,过载加速度大小为3g～9g,分析了不同热载荷、加速度方向、大小对环路热管温度波动的影响。结果表明,过载加速度会改变环路热管的启动模式和运行性能,可抑制或激发冷凝器出口温度波动甚至整个环路的波动,但相同热载荷下蒸发器运行温度基本一致。回路中气液两相流动自身固有的不稳定性在过载加速度效应下更易受到激发,加剧回路中流动不稳定,进而加剧蒸发器向储液器漏热的不稳定。冷凝器的冷却作用可以有效削弱冷凝器段的温度波动。      

直升机用高转速、小流量轴流风扇设计

小流量、高转速、小尺寸轴流风扇的设计是高性能直升机滑油冷却系统的关键技术之一。针对直升机用轴流风扇的特点,进行了基本结构型式的分析和参数的优化计算;采用简化的三元流动设计理论得到叶轮叶片气动设计径向平衡方程式和求解约束条件,进而引入了控制涡设计理论进行风扇叶片造型,获得了优良的气动性能;采用“改进损失模型”的效率计算方法,为叶片气动方案的优化选择提供了理论依据。应用于某型号直升机用滑油冷却轴流风扇的设计计算,所得结果与试验结果吻合较好。      

引脚式表面贴装元件的数值热分析

建立了四边引线塑料扁平封装(PQFP, Plastic Quad Flat Package)数值热模拟的详细模型和简化模型,实验验证了这两种模型的模拟精度.对PQFP在机载恶劣环境下的稳态热性能进行了研究,分析了影响元件内、外热阻的各种因素.结果表明,内部采用多层结构设计是改善PQFP元件热性能的最佳方案,而在采用强迫空气冷却时,空气速度不应大于5m/s.对承受脉冲形式热载荷和环境温度随时间变化两种情况下的PQFP元件进行了瞬态热特性研究,获得了芯片结点温度随时间变化的曲线,可用于研究元件因过热引起的热应变、热损坏和电信号失真,为改进和优化元件热设计提供科学依据.