SJ-10卫星固体材料燃烧实验装置

为对微重力条件下固体材料着火和火焰传播特性进行研究,研制了实践十号（SJ-10）卫星固体材料燃烧实验装置.利用空间高真空条件,采用实验段内气体环境更新和控制技术,实现了在有限实验空间内对多个实验样品进行研究,并提供准确可控的实验环境条件（氧气浓度和气流速度）.通过地面试验验证,该装置可通过实验样品、氧气浓度、气流速度、点火方式等实验参数的灵活组合,实现空间实验机会的充分利用和预定科学目标.      

微重力煤粉燃烧实验装置的研制

介绍了一种空间煤粉燃烧实验装置, 用于研究微重力条件下煤粉颗粒群的热解、气化、着火、挥发的析出与焦碳燃烧及其燃尽等燃烧特性. 采用间断式喷入方式, 当炉膛内温度达到设定值时, 将煤粉通过一定氧气比例的空气喷入, 观察并记录煤粉在炉膛中的燃烧过程. 燃烧完成之后, 测量燃烧产物中的气体成分和含量. 给出了利用该装置在地面进行煤粉燃烧实验的结果. 详细介绍了该实验装置的系统构成、工作原理、工作过程, 并提出了进一步改进的方案.      

超燃试验用加热器三维粘性流场数值模拟

超燃冲压发动机试验时,使用燃烧型加热器模拟高焓、高马赫数的来流条件,而加热器的喷注结构对改善加热器出口流场均匀性具有重要作用.使用三维数值模拟软件Fluent对2种喷注结构的燃烧型加热器进行了三维定常反应流场模拟,获得了设计工况下的流场.结果表明,采用多孔斜喷结构能使氢气在横向有较大的穿透深度,加上空气的引射作用在燃烧室头部产生大尺度横向涡,增强了氢气和空气的混合燃烧以及燃气的掺混,使加热器出口温度场不均匀性从53%降为21%,氧气摩尔分数不均匀性从63%降为17%,更有利于开展超燃冲压发动机试验.     

空间碎片消旋柔性冲击末端设计与分析

根据机械冲击式主动消旋方法的特点,设计了变压力柔性冲击末端.考虑到变压力柔性末端的流固耦合作用,通过分析内部气体压力对末端刚度的影响,确定了压力阈值并展开优化设计.对柔性冲击末端与空间碎片之间的碰撞力进行了理论分析与实验研究,建立了柔性末端与空间碎片碰撞的接触模型,设计了冲击与测量实验系统,修正了摩擦模型,通过冲击实验验证模型与实验结果吻合较好,法向碰撞力和切向摩擦力模型计算误差分别小于6.7%和6.9%.研究表明变压力柔性末端设计合理有效,满足空间碎片消旋要求,对发展空间碎片捕获方法具有重要指导意义.     

锂离子电池热失控气体燃烧对热失控传播影响的量化方法

为量化锂离子电池热失控过程产生热失控气体对热失控传播的影响,基于能量守恒方程和铜基电池量热法,提出了一种计算热失控气体燃烧对热失控传播贡献占比的方法。选取商用18650型电池,利用自主设计搭建的热失控气体释能测算实验平台获取计算所需参数。实验结果表明：第1节电池热失控气体燃烧释放的能量在第2节电池热失控所需能量中占比达到5.42%,使第2节电池自产热增加了42%,热失控时间提前了29%。研究结果有助于进一步探索热失控传播过程中的能量传递效率,为单元层级和系统层级的电池安全设计提供理论支持。     

微重力环境中的气体质量流量控制器研究

提出了一种高可靠气体质量流量控制器设计. 介绍了该流量控制器的原理和结构. 通过比较不同的气体流量传感器和阀门, 选择了可满足空间科学实验设备可靠性要求的MEMS传感器和针阀. MEMS质量流量计的输出电压(代表实际气体流量), 经过减法电路放大和A/D采样之后, 与设定电压(代表设定的气流流量)进行比较, 差值信号输入给PID控制器, 由其输出步进电机的控制脉冲数和方向, 步进电机驱动器驱动电机调节流过针阀的气体流量, 使之与设定流量相等. 给出了利用该气体质量流量控制器控制氧气流量的实验结果. 该系统可实现流量的灵活调节, 并具备空间科学实验设备所要求的性能, 为未来在空间利用气体流量连续可调的质量流量控制计进行燃烧科学实验奠定了基础.      

进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁流场的影响

为研究进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁烧蚀的影响,采用标准k-ε湍流模型,单步涡耗散燃烧模型与KING硼粒子点火燃烧模型,开展了双下侧90°进气结构和双侧180°进气结构固体冲压发动机补燃室内燃气燃烧数值模拟,对比分析了补燃室燃气燃烧流场特征和内壁烧蚀环境特征。结果表明:双侧180°进气结构在补燃室中形成大漩涡,有利于燃气与空气的掺混燃烧,至补燃室出口位置,总燃烧效率超过90%,且该结构有效减少了粒子对内壁的冲刷侵蚀;在双下侧90°进气结构补燃室中,凝聚相粒子和燃气贴近补燃室一侧运动,导致氧气浓度和温度分布不均,不利于燃气的掺混燃烧,总燃烧效率为74%,在远离补燃室进气道一侧形成高温热烧蚀、高浓度粒子侵蚀、高速射流冲刷和热应力集中的综合破坏;双侧180°进气结构的固体冲压发动机补燃室总体性能优于双下侧90°进气结构的冲压发动机补燃室。      

内冷却紧凑式固体除湿器实验研究

在叉流板翅式换热器结构基础上,研发制作了一种粘贴型内冷却紧凑式固体除湿器,并对这种新型除湿器的性能进行实验研究.除湿器使用硅胶作为吸湿剂,通过导热胶将硅胶颗粒粘贴在除湿器主边的气流通道壁面上.实验分为4组,分别在高湿度和低湿度环境工况下,测试本文研制的除湿器在有内冷却和无内冷却条件下的除湿运行效果以检验内冷却气流对除湿器性能的影响.实验表明,内冷却紧凑式固体除湿器工作性能优良,在除湿器有内冷却的条件下,工作周期内除湿器的平均除湿量显著提高.在高湿度条件下,硅胶在20min内的动态吸湿率可达12.4%,高于目前已知的常压下硅胶对水蒸汽的动态吸湿率.      

微重力燃烧实验火焰结构显示和全场温度测量的原理样机

用于空间燃烧实验的设备要求轻重量、小尺寸和多功能. 将纹影法、彩虹纹影偏折法与差分干涉法相结合, 研制了可用于火焰结构显示和全场温度测量的原理样机. 该原理样机具有重量轻、尺寸小、模块化和多功能等特点. 通过微重力落塔实验, 检验了利用纹影法测量火焰结构的功能, 同时在常重力条件下检验了利用彩虹纹影偏折法和差分干涉法测量火焰全场温度的功能. 结果表明, 火焰结构分辨率不低于1mm, 火焰温度测量结果精确, 相对误差小于2%. 该原理样机将提升空间燃烧的观察方法, 有助于未来空间燃烧实验的开展.      

Gas permeability and flow characterization of simulated lunar regolith

Recent discoveries of water ice trapped within lunar topsoil (regolith) have placed a new emphasis on the recovery and utilization of water for future space exploration. Upon heating the lunar ice to sublimation, the resulting water vapor could theoretically transmit through the lunar regolith, to be captured on the surface. As the permeability of lunar regolith is essential to this process, this paper seeks to experimentally determine the permeability and flow characteristics of various gas species through simulated lunar regolith (SLR). Two different types of SLR were compacted and placed into the permeability setup to measure the flow-rate of transmitted gas through the sample. Darcy’s permeability constant was calculated for each sample and gas combination, and flow characteristics were determined from the results. The results show that Darcy’s permeability constant varies with SLR compaction density, and identified no major difference in permeable flow between the several tested gas species. Between the two tested SLR types, JSC-1A was shown to be more permeable than NU-LHT under similar conditions. In addition, a transition zone was identified in the flow when the gas pressure differential across the sample was less than ∼40 kPa.     

Observational signatures of nanoflare heated solar stellar coronae

Using time-dependent dynamical models of the radiating gas in coronal flux tubes, we identify features in UV spectral line profiles that can reveal the direction in which energy flows through the solar transition region, in observations without temporal or spatial resolution. The profile features survive spatial and temporal averaging through non-linear dependencies of the line emission coefficients on thermal properties of the plasma that are correlated with the material velocity. This approach requires only low noise data of high spectral resolution and could naturally be applied to stars as well as the solar corona. We make predictions for the SUMER instrument that can in principle test whether energy propagates upwards or downwards in coronal flux tubes, suggesting a new angle of attack on the long standing problem of determining coronal heating mechanisms.     

太阳色球层-日冕中扰动的传播

为了模拟太阳色球层、过渡层和日冕中扰动的传播特征,本文在一自洽的非等温、非均匀等离子体初态下,应用二维时变可压缩磁流体动力学模拟,数值研究了过渡层附近局地加热引起的扰动传播过程.结果表明,扰动分别以局地快磁流波速度向四周传播,数值模拟结果与局地快磁流波推算结果符合得很好,其特征可以解释SOHO/EIT观测到的波动事件.      

基于双耦合Duffing振子的气液两相流动特性分析

提出了双耦合Duffing振子仿真系统检测小通道气液两相流型信号的方法。搭建了双耦合Duffing振子仿真系统,针对流型信号的特征确定了3个关键参数:阻尼比、耦合系数和频率,并应用典型混沌信号Lorenz和R9ssler对该仿真系统进行了性能检测。在两相流型信号检测时,提取了振子振动的瞬时速度和位移2个特征值,并基于特征值对流型动力学特性及流型辨识进行了深入研究。结果表明:通过对典型混沌系统的检测验证,发现本文检测方法具有较好的抗噪能力,能够较好地表征典型信号的混沌特性。提取的2个特征值能够揭示出小通道气液两相流型转变过程中气液两相间的作用机理。系统的振子振动瞬时速度结合位移实现了小通道气液两相流典型流型的准确识别,有助于其他不同介质的多相流动特性分析与流型辨识。     

发动机燃气喷流红外辐射场的数值模拟

在高温流动中热辐射与流场是耦合的,但在发动机燃气喷流流场的温度范围内可以在流场计算中忽略热辐射的影响,于是流场与辐射场的模型方程可解耦.为此提出了模拟飞行器绕流流场红外辐射的解耦模型以及相应的算法.该算法首先采用总变差减小TVD(Total Variation Diminishing)格式对流场进行模拟,再引入有限体积概念,应用所取得的流场参数,在同一组网格上计算流场中的红外辐射特征.以轴对称喷管内N₂,O₂,CO₂,H₂O,CO,HCl,H₂等7组分高度欠膨胀冻结流与均匀绕流干扰流场为算例进行了验证性的模拟计算,并与已有试验和计算数据进行了对比,表明该算法是可靠的,可在较大幅度地降低计算量的情况下给出满足工程需要的结果.     

行星际空间MHD模拟激波跃变关系分析

分析了模拟得到的可以传播到1AU以远的日地空间磁流体力学激波与Rankine-Hugnoniot跃变关系的符合程度．通过对模拟激波的结构及其在传播过程中的演化进行的分析，提出了模拟激波的定位方法；基于所提出的定位方法，利用向长青提出的确定MHD激波局地参数的方法计算了模拟得到的激波与Rankine-Hugnoniot跃变关系的偏差．结果表明在激波传播到100Rs以后，激波对中前向快激波与Rankine-Hugnoniot关系的符合达到很高的程度，相对误差在10^-2数量级以内；并且在激波传播到150 Rs以后，相对误差在10^-3数量级以内．这个结果说明文中所使用的有限差分数值格式能较好地模拟激波．     

复合泡沫塑料的缓冲特性研究

复合泡沫塑料是新型的发泡塑料,对其缓冲特性进行评定具有重要的意义.基于复合泡沫塑料静、动态压缩实验获得的应力-应变曲线计算了它们的缓冲系数,评价了复合泡沫塑料的缓冲特性.结果表明,由静、动态应力-应变曲线计算所得的缓冲系数的最小值相差不大.另外,还讨论了材料参数如密度、玻璃球含量等对缓冲系数的影响.      

基于FMECA信息的测试性验证试验样本分配方法

针对目前国内外测试性验证试验中普遍采用的基于故障率的分层抽样方法考虑因素单一,可能导致样本分配不尽合理,而现有考虑多因素的样本分配方法代表性不足,难以实现工程上的应用的问题,对影响样本分配的因素与故障模式影响及危害性分析(FMECA)信息的关系进行了详细分析,提出了基于FMECA信息的样本分配方法。首先定义了单元影响系数和影响因子向量,提出了向量各元素赋值规则,解决了影响因素选取的问题;其次通过基于逼近理想解排序法(TOPSIS)优化的层次分析法确定了权值矩阵,实现了样本分配。最后通过实例验证表明该方法考虑因素全面,运用灵活,更具代表性和工程应用价值。     

Contraction of magnetized gas to the central gravitator and the production of magnetically accelerated jets

A magnetodynamic model proposed and worked on by Uchida and collaborators for the star formation jets (bipolar flows), by taking a genetic point of view into account, is reviewed. A large scale magnetic field, which is week in the primordial gas but intensified in the gravitational contraction of the gas, assists the continuous accretion of the gas to the central gravitator by extracting angular momentum from the rotating disk, and this process creates a large amplitude torsional Alfven wave that swirls up the gas into the direction of the axis. This torsional Alfven wave, as it propagates, pinches the large scale field into a slender strong field structure which we identify with the collimated jet. The rationale for extending this mechanism to the AGN jet cases is given, and some results of application to the AGN jet case are presented, with interpretation of some characteristic features like the wiggling of the jets, extended radio lobes and the hotspots at the end of the jets.     

环形浅液池内低Prandtl数流体超临界热毛细对流演化

为研究低Prandtl数（Pr）流体热毛细对流演化过程，对环形浅液池内Pr=0.011的流体热毛细对流进行三维数值模拟.研究发现:当Marangoni数较小时，流动为轴对称稳态流动；当Marangoni数超过某一临界值后，流动失稳并转变为热流体波，其波数随Marangoni数增加而减小，而波动主频增大；随着Marangoni数增加，流动加强，沿周向运动的热流体波演变为沿径向运动的径向波，其波数大大减小；当Marangoni数继续增加时，波动频谱曲线噪声增加，呈广谱特性.因此，在计算范围内热毛细对流的演化过程为:轴对称稳态流动-热流体波-单周期径向波-多周期三维振荡流动.