航天用纳米流体流动与传热特性的实验研究

研究航天用纳米流体流动与传热特性。测量了不同粒子体积份额的航天用纳米流体雷诺数500~4000范围内的管内对流换热系数和摩擦阻力系数,详细讨论了雷诺数和纳米粒子体积份额对纳米流体对流换热系数和摩擦阻力系数的影响,分析了航天用纳米流体的强化传热性能。实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,增加了液体的传热效果,粒子的体积份额是影响纳米流体对流换热系数的因素之一,在相同雷诺数条件下,纳米流体的对流换热系数随粒子体积份额的增加而增大。与原液体工质相比,航天用纳米流体的流动阻力系数稍有增大,纳米流体的流动阻力系数不随纳米粒子的体积份额而变化。与航天用纳米流体对流换热系数的增加相比,纳米流体流动阻力系数增大的程度极小,验证了纳米流体强化传热技术应用于航天器热控系统的可行性。     

烃类燃料的冷却性、结焦特性和积碳效应

讨论作为液体火箭推力室再生冷却剂的烃类燃料的冷却性、结焦特性和积碳效应,概述近期国内外有关试验情况.燃料的冷却性由其自身的物理性质(比热、导热系数、粘度)所决定,反映燃料传热性能的好坏.烃类燃料作为冷却剂具有在冷却通道壁面产生结焦的倾向,这是推力空冷却设计需要考虑的一个问题.液氧/烃推进剂燃烧生成的积碳,对高温燃气向推力宣壁传热起隔热作用,能有效地降低推力室热流、壁温和冷却液温升,提高冷却余度.     

含纳米粒子流体的纳米颗粒参数对强化小型毛细泵回路热管换热性能的影响

对以铜-水和氧化铜-水的纳米流体为工质的小型平板毛细泵回路(CPL)进行了实验,研究了纳米颗粒参数;包括质量浓度、纳米颗粒种类以及纳米颗粒粒径对CPL换热特性的影响.实验中采用了平均粒径为50nm的CuO粒子,20nm和50nm的Cu粒子,流体中纳米颗粒质量浓度为0.1wt%～2.0wt%,工作压力固定在15.74kPa.实验结果表明,纳米流体替代纯水后,蒸发器的换热系数和最大热流密度显著提高,从而提高了CPL的换热性能.质量浓度对换热特性有明显影响,存在着一个对应最大换热强化能力的最佳质量浓度.对于铜纳米颗粒而言,其最佳纳米颗粒质量浓度为1.0wt%,而对于氧化铜纳米颗粒而言,其最佳纳米颗粒质量浓度为0.5wt%.纳米颗粒的种类和平均粒径大小对换热性能强化能力也有很大影响:对于粒径相同的纳米颗粒而言,铜-水纳米流体的CPL换热性能高于氧化铜-水纳米流体的换热性能;对于同种类型的纳米流体而言,小粒径纳米颗粒对CPL换热性能的强化作用大于大粒径纳米颗粒对换热性能的影响.     

纳米SiO2粒子对环氧粘接剂力学性能影响研究

通过直接共混法将纳米SiO2粒子均匀分散到环氧树脂中，研究了纳米SiO2粒子的用量对粘接剂力学性能的影响，对剪切，拉伸，非均匀扯离三面力学性能进行了测试，并用扫描电镜研究了添加纳米SiO2粒子改性后粘接剂的微观结构。研究结果表明，纳米SiO2粒子均匀分散到环氧树脂粘接剂中，可使环氧粘接剂力学性能指标大幅提高，但当纳米SiO2粒子用量过多时，易相互聚集成团，使其力学性能反而下降。     

长尾喷管后效瞬态传热特性分析

针对固体发动机长尾喷管后效传热过程中喷管外壁面温度的实验值与理论预估值相差较大的问题,研究了长尾喷管后效瞬态传热特性。经分析发现,其主要原因在于绝热层烧蚀和氧化铝沉积。针对绝热层烧蚀对后效传热的影响,参数化分析了绝热层密度、比热容和导热系数因素的影响,发现在绝热层热扩散率相同条件下,绝热层的密度对后效传热影响最大,其次为比热容,导热系数的影响最小。针对氧化铝沉积对后效传热的影响,建立无沉积模型、沉积层模型和修正模型,对后效传热过程进行模拟,模拟结果与实验结果对比表明:修正模型与实验过程最为贴近,其相对误差在6.9%以内,氧化铝沉积层在传热过程中对喷管起到一定的绝热作用。研究结果可为长尾喷管的热防护提供理论基础。     

石墨渗铜材料的烧蚀模型探索

根据石墨渗铜材料的特点,探索了它的烧蚀和传热模型。认为烧蚀计算可以不考虑铜与燃气的化学反应;导热计算按铜的液相、熔化、固相三层进行.在碳基材料热化学烧蚀模型和移动边界下当量热容瞬态导热方程隐式求解的基础上,对于石墨渗铜喉衬的复合结构全喷管进行了考虑粒子侵蚀下烧蚀与传热耦合的计算.     

低温预冷管路流动及传热非稳态特性研究#

低温液体火箭发动机及管路循环预冷过程涉及复杂的流型转换及传热过程,直接影响发动机及其管路的预冷效果。为准确分析低温介质加注充填过程中循环预冷管路内部的流动及传热特性,建立了一维均相平衡态流体流动及传热数学模型,通过离散化方法分析了非稳态过程液氢预冷循环管路中流体各参数的分布,获得了低温介质充填过程管路传热变化规律及其影响因素。     

液体火箭发动机热过程仿真技术发展概述

<正>液体火箭发动机热过程基础研究是探索液体火箭发动机工作时所发生的流动、传热及燃烧等过程的基本规律,其研究内容涉及液体推进剂喷雾燃烧过程,工质与结构间复杂传热过程,液体推进剂物理化学特性、流体流动等。液体推进剂雾化、蒸发、燃烧和传热仿真技术是液体火箭发动机研究设计的理论基础,其与试验研究相辅相成,在正确分析与评估发动机工作性能、减少研制经费和研制周期、防范试验危险等方面发挥着重要作用,有力支撑了液体火箭发动机的研制工作。     

AP级配和铝粉对HTPB推进剂药浆流变性的影响

用实验流变学的方法研究了ＡＰＡ级配铝粉对ＨＴＰＢ推进剂药浆流变性能的影响。级配使动力学粒子空隙体积分数减少，小粒度起类似润滑剂的作用，降低粒子聚集结构强度是级配使推进剂屈服值，粘度和增大假塑性指数值降低的主要原因，铝粉颗粒间不存在在相互作用的和表面的微碱性，强化了上述级配的作用，这是铝粉能显著改善药浆流变性的原因。     

燃气源控制气流非稳态耦合传热问题研究(Ⅱ)--数值模拟结果及分析

采用整体求解法求解了控制气流与多层套环之间的耦合传热问题,计算得到了控制气流参量随时间的变化情况,以及迷宫形多层导热套环的温度在不同时间点的分布情况。将计算结果与试验结果进行了比较,分析了传热对流体压强、温度等气流参量的影响。     

导热脂低温热导率的测试研究

导热脂的低温热导率是研究宇航用导热脂的重要参数,“瞬态热线法”是常用的测量方法之一,但受使用条件限制,实际应用中容易产生较大误差。本文提出采用改进的“瞬态热线法”即对标准流体与试样进行测量比对的方法,用于导热脂低温热导率的测量,减小了测试方法的系统误差,因而保证了测量的相对误差小于6％。在测量装置上,采用廉价的康铜丝取代了传统使用的铂丝,设计采用了容易进行拆洗的低温试验装置。文章讨论了影响导热脂低温热导率的因素。提出测量加热时间要在2 s～3 s之内以防止对流,分析了比对状态的误差影响,并给出了两种导热脂低温热导率与温度关系曲线。分析表明本文提出的试验方法可以满足宇航用导热脂研究的需求
     

热防护系统分区协调耦合推进方法

提出一种适用于热防护系统(TPS)热控性能研究的分区协调耦合推进方法,其中采用有限体积法(FVM)进行气动热分析,FVM空间离散采用NND格式,而结构传热采用有限元法(FEM)进行分析,且在耦合面采用基于控制面的双向映射插值方法进行数据传递。进行了圆管算例分析,2 s时刻驻点处温度计算值与试验值相对误差为4.95%。研究了空天飞行器头锥TPS的热控性能,非耦合方法获得的防热瓦和应变隔离垫(SIP)最高温度分别比耦合结果高114.4 K和32.6 K,这是由于非耦合方法未考虑壁面温度升高对气动热的反馈作用,而耦合方法充分考虑了此影响。采用高热辐射率的涂层、低导热系数和较厚的防热瓦能有效提高热防护系统的隔热性能和降低主动冷却系统的功率和重量,而防热瓦最高温度对其导热系数和厚度不敏感。     

金刚石纳米薄膜法向热导率的分子动力学模拟

结合卫星“微型核”的特点，用分子动力学模拟的方法研究了金刚石晶体的热导率与其厚度和温度的依变关系。采用平衡分子动力学的方法（EMD）模拟了晶向（001）的金刚石纳米薄膜法向热导率；采用非平衡分子动力学（NEMD）方法模拟了晶向（111）的金刚石法向热导率。模拟的结果表明：金刚石纳米薄膜的法向热导率显著小于对应大体积晶体的实验值，并随着厚度的增加而增加；在模拟范围内法向热导率与薄膜厚度呈近似线性关系；薄膜热导率在模拟厚度为2．05334nm时随着温度的增加而增加；在模拟厚度为2．874676nm时，则随着温度的增加而下降。     

基于石墨板的电子设备大功率器件散热方法研究

针对宇航电子设备大功率器件的散热路径进行了分析.对顶部散热的器件采用高导热石墨板、精确控制导热垫压缩量、增加导热路径等方式进行散热,对腹部散热的器件采用覆铜通孔等方式进行散热,并结合热仿真和温循试验,有效解决了大功率器件散热问题.     

High thermally conductive communications equipment panel module for communications satellite

A new communications equipment panel module for satellite use has been developed to obtain a high thermal conductivity across the thickness in transversal direction of the panel. As the conventional communications equipment panel has a sandwich structure with aluminum alloy face sheets and a honeycomb core, the transversal thermal conductivity is relatively small mainly due to epoxy resin adhesive layers between the face sheet and the honeycomb core. Therefore, in order to dissipate high-heat flux towards space, a complicated thermal control system becomes necessary. The new panel module consists of a carbon-fiber-reinforced aluminum-alloy face sheet and a titanium-alloy core. A metallic bonding is used as the connection between the face sheet and core to enhance thermal conductivity of the panel is 1 × 10⁻¹ (W/K · mm) which is approx. 1000 times larger than that of the conventional panel.     

相变材料深空控温技术研究

随着航天电子产品向小型化、集成化方向发展,产品热流密度迅速增长,其抗热冲击散热问题成为制约产品设计的瓶颈问题之一.使用相变控温技术可以很好地解决该问题,且相变控温属于被动控温,可靠性很高,符合航天产品要求.以某VPX标准机箱扩热板结构为研究对象,提出相变材料与载荷产品结构复合一体化的相变控温装置设计方法.通过设计试验进...     

电场耦合式无线电能传输技术在 航天领域应用前景展望

将无线电能传输技术引入航天器的旋转供电中是推动航天器进一步发展的重要手段。而现有应用最广的磁耦合式无线电能传输技术（inductive power transfer,IPT）因成本高、重量大、存在涡流损耗等缺陷而难以在航天领域中得到大规模应用。而电场耦合式无线电能传输技术（capacitive power transfer, CPT）以其成本低、重量轻等优点,近年来受到广泛关注,在航天领域具有巨大潜力。从传统IPT技术在航天领域应用的缺陷入手,分析将CPT技术引入航天领域无线供电场景的重要性。进而介绍了CPT技术的发展历程与基本原理,并对CPT技术在轻量化、大功率、旋转型三个领域的研究现状进行综述来论证其在航天领域应用的潜力。最后总结了CPT技术在航天领域应用存在的问题并分析了解决这些问题可行的技术手段。     

航空航天材料发展现状及前景

文章较系统地介绍了航空航天材料的特点、地位和作用,结合具体案例分析了铝合金、钛合金、先进复合材料等结构材料,以及以透波复合材料、吸波隐身复合材料为代表的航空功能材料和以防热耐烧蚀复合材料、梯度功能复合材料为代表的航天功能材料的性能和应用,指出航空航天材料的未来发展方向是高性能、多功能、复合化、智能化、整体化、多维化和低成本化。     

航天功能复合材料发展现状及趋势

文章综述了航天功能复合材料的发展现状及趋势,内容包括各种类型的功能复合材料及主要应用领域。对当前用于航天领域的热防护功能复合材料分别作了重点介绍,包括航天器热防护系统及材料、抗烧蚀热防护复合材料、梯度功能复合材料以及它们的组成、作用机理和主要应用。最后探讨得出功能复合材料的发展趋势是高性能化、多功能化和低成本化。