对流换热系数的瞬态测量技术

使用等热流法瞬态实验测量对流换热系数:基于流动稳定及热平衡条件下对测量表面突加一稳定热流,测出测量表面高低两种窄幅热色液晶的显色时间,根据窄幅液晶的显色温度及其时间通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到对流换热系数.推导出此方法的误差传递公式,在此基础上分析如何得到准确的对流换热系数.最后给出热流法测对流换热系数的实验流程,并通过自由盘实验验证热流法测对流换热系数的可行性.     

热阻式热流传感器校准装置研究

介绍了热流传感器的主要应用场合,说明了建立热阻式热流传感器校准装置的重要意义,论述了热阻式热流传感器的测量原理及其校准方法,对保护热板法的国内外研究现状进行了总结。设计了保护热板法校准装置,实现热阻式热流传感器量值的准确溯源。     

自由空间法测试材料电磁参数的探讨

简单介绍几种常用的微波材料电磁特性参数测试方法,在对比各种测试方法的基础上,提出了自由空间法测试材料的电磁参数,对该测试方法进行理论分析和推导,分别从校准质量、测试精度、误差来源等方面证明该方法在材料电磁参数测试应用中的优越性。     

高超声速热流计算湍流模型性能评估

采用计算流体力学方法,通过对高超声速来流下双椭球热流计算,综合分析了影响壁面热流预测精度的因素.针对工程上4种常用的湍流模型:BL(Baldwin-Lomax)模型、SA(Spalart-Allmaras)模型、k-ω模型及SST(Shear-Stress Transport)模型,评估了其在高超声速热流预测中的性能,获得了湍流模型下壁面法向网格雷诺数对热流计算的影响规律.此外,对高马赫数下不同后掠角钝舵模型进行热流计算,获得了后掠角对钝舵前缘热流峰值的影响规律.研究表明,两方程湍流模型相比一方程和零方程模型更适合高超声速气动热计算,其中SST模型对热流预测精度更高,总体性能更为优异;钝舵驻点线最大热流随后掠角增大呈非单调变化,在后掠角约为22°时热流达到峰值.      

介质材料电磁参数测量综述

扼要介绍了近２０年来介质材料电磁参数测试方法的概况、趋势及技术特点。这些方法包括传输／反射法、多状态法、多厚度法、谐振腔法、自由空间法等。     

反演航天器在轨瞬态外热流的导热反问题

获得航天器在轨飞行过程中的外热流数据对于研究热控涂层在轨退化规律、各种空间因素对热控产品的影响以及航天器姿轨控发动机羽流热效应都有非常重要的意义,然而直接测量热流存在很多困难,因此可以通过求解导热反问题得到满足一定精度的结果.首先,通过研究利用航天器设备在轨遥测温度值反演出航天器在轨瞬态外热流的导热反问题方法,建立了反演航天器在轨瞬态外热流的数学模型,采用共轭梯度法求解导热反问题并从物理概念角度改进了共轭梯度法的迭代过程以增加其抗不适定性;然后构造了两组能够代表目前大多数地球轨道航天器以及深空探测航天器在轨吸收外热流变化的数值试验对共轭梯度法的反演效果进行了检验.除阶跃变化位置以外反演值与真实值的最大相对偏差为2.9%,反演效果非常好;对于阶跃变化位置的吸收外热流在对反演结果进行分析处理后也能够得到较好的反演结果.      

高超声速热流高精度数值模拟方法

通过高超声速下钝锥热流的计算,对影响热流计算精度的因素进行了综合研究.获得了壁面法向网格Re数对热流计算的影响规律.采用边界高阶插值,提高了热流计算精度.用Roe和AUSM(Advection Upstream Splitting Method)+格式搭配minmod和混合limiter两种限制器,探讨了空间离散方法及限制器的耗散性对热流结果的影响.应用五阶WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)方法,对高阶格式计算热流的性能进行了细致研究,最终确立了网格依赖小,热流精度高的计算方法.研究认为:高阶格式不但可以放宽热流计算对网格Re数的限制,同时使得格式对本身计算方法的依赖性也变小.      

镜反射凹面及相互可视表面的轨道外热流计算

通过对空间表面所受外热流以及镜反射表面所具有的特性的分析，提出了采用蒙特卡罗法计算镜反射凹面及镜反射相互可视表面的轨道热流的方法，并对半球凹面和两相互垂直可视平板的轨道热流进行了计算。     

热流测量系统概述

我们自行设计和研制的热流标准系统共分三个部分:即黑体辐射源(简称黑体炉),热流标准传递装置(简称平板炉),辐射热流计。本文首先对方案选择、技术指标、热流标准传递程序、工作原理等做一概括地叙述,其他几个部分将分期陆续介绍。     

标准辐射热源

本文介绍一种为热流量值传递而研制的“标准辐射热源”。简述了“标准辐射热源”的原理和结构,给出了它的技术指标。误差分析表明该“标准辐射热源”输出的热流值误差不大于±3％。“热流”是个物理量,表示在单位时间内通过单位面积的能量,单位是KW/M~2(或W/CM~2),用以描述研究对象的热状态。它广泛用于能源、燃烧、宇航等领域。为了测量热流的大小,我国各科研生产部门都根据各自的需要研制了各种类型的热流传感器供测量时使用。但是,计量部门没有热流量值的传递系统,不可能对各种热流传感器进行分度和检定,因而热流量值也不统一。为了解决各种热流传感器在量值上的统一问题,研制了一套“热流测量系统”,对各种热流传感器进行分度和检定以实现热流量值的统一。“标准辐射热源”是“热流测量系统”中热流标准值的输出装置,所达到的主要技术指标为: 1.温度范围:900℃～2000℃(若石墨发热体经热解涂层处理后,最高温度可达3000℃); 2.控温精度:≤±2℃/10分钟;3.“靶子”两侧温度对称性:≤±2℃;4.黑度系数ε:0.99±0.005。测定技术指标的实验数据由表(1)和表(2)给出。黑度系数ε为计算值。     

基于薄膜热电堆的新型高温瞬态热流密度传感器的研制

目前针对国内薄膜瞬态热流传感器一致性较差、制备工艺不成熟等问题，提出了一种基于光刻工艺和离子束溅射镀膜工艺的制备方法，200对T型金属薄膜热电偶沉积在10mm×10mm的水冷块上，测量1μm的氧化铝热阻层温差，从而得到瞬态热流密度值。对新型高温瞬态热流密度传感器进行比对法标定，一致性误差为0.211%，即工艺的一致性约为99.79%。实验表明，研制的新型高温瞬态热流密度传感器的一致性好,制备工艺具备良好重复性和可移植性，能够满足高温瞬态热流检测需要，为热流传感器的推广应用及标准化、批量化生产提供了良好的技术支撑。     

基于薄膜热电堆的新型高温瞬态热流密度传感器的研制

目前针对国内薄膜瞬态热流传感器一致性较差、制备工艺不成熟等问题，提出了一种基于光刻工艺和离子束溅射镀膜工艺的制备方法，200对T型金属薄膜热电偶沉积在10mm×10mm的水冷块上，测量1μm的氧化铝热阻层温差，从而得到瞬态热流密度值。对新型高温瞬态热流密度传感器进行比对法标定，一致性误差为0.211%，即工艺的一致性约为99.79%。实验表明，研制的新型高温瞬态热流密度传感器的一致性好,制备工艺具备良好重复性和可移植性，能够满足高温瞬态热流检测需要，为热流传感器的推广应用及标准化、批量化生产提供了良好的技术支撑。     

新型树脂基复合材料引射因子测试

通过合理设计对比模型，提出一种新型树脂基复合材料引射因子测试方法，针对新型树脂基复合材料开展电弧风洞试验，获得树脂基材料有热解气体引射和无热解气体引射时壁面热流密度，研究树脂基材料在特定热环境条件下的引射效应，获取能够评价新型树脂基材料引射效应的引射因子。结果表明：试验状态下，石英酚醛复合材料炭化速度大于石英杂化酚醛复合材料；石英酚醛复合材料引射因子约为0.825，在实际设计中此类材料需要考虑引射效应对表面热流的影响；石英杂化酚醛复合材料引射因子约为1，热解气体引射产生的热阻塞效应基本可以忽略。     

航天飞机气动加热计算

介绍了国内外预测航天飞机气动加热的工程计算方法.给出了轴对称、非轴对称和机翼前缘等各种外形驻点热流密度的计算,分析和比较了平板、锥体的层流和湍流热流密度计算的各种方法,概述了航天飞机迎风面中心线和离开中心线横向热流密度的计算.计算结果表明,本文方法用在航天飞机气动热环境初步设计中比较简单并且有足够精度.     

热流响应时间测试方法研究

论述了热流传感器响应时间测试在航空、航天、能源及国民经济各领域中的作用和意义,介绍了热流响应时间测试技术研究情况,描述了研制的热流响应时间测试装置及应用情况。实验证明,所设计的测试装置可以实现预期目标,并对热流传感器的响应时间进行测试。     

红外加热棒式空间外热流模拟器的数值研究

采用蒙特卡罗法跟踪能束的发射和吸收,提出了一种避免挡板表面能量方程计算的等效反射模型,模拟了红外加热棒式空间外热流模拟器模拟面上的能量分布及其他参数,比较了加热棒为直棒和曲棒时模拟面的热流模拟结果。研究表明,挡板内外表面置换后表面发射率的不同并没有导致模拟面上能量分布的明显变化;增加加热棒根数并不能一直明显地使模拟面的能量分布更趋于均匀;经形状优化后曲棒模拟的热流分布比直棒更均匀。     

载人运输飞船多模式和姿态的外热流

在理论分析的基础上,建立了飞船外热流分析模型,解算出不同飞行姿态和模式下的外热流,分析得到外热流变化规律,得出极端外热流工况.分析结果表明:当姿态为三轴稳定时,外热流随受硒因子增大而增加;由三轴稳定转为偏航机动后外热流突然减小,且随受硒因子增大而减小.     

纳卫星微槽道冷却系统在轨动态热特性分析

针对纳卫星热流密度不断升高的发展趋势,介绍了一种基于微机电技术(MEMS,Micro Electro Mechanical Systems)的泵驱动单相流微槽道冷却系统.通过合理分析与简化,应用集总参数法建立了能够反映受控对象及冷却装置动态特性的温度响应模型;运用数值方法仿真计算了某纳卫星在轨飞行中受空间外热流影响下的外部散热面和内部电子设备温度的变化规律.仿真结果表明:应用MEMS技术的微槽道冷却系统可以满足高热流密度的纳卫星热系统的冷却需求;空间外热流相对于星体内部热功率的变化,对纳卫星散热面温度的影响较小;该建模方法和求解算法对分析计算纳卫星的温度动态特性是简便、合理的,并为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论与技术奠定了理论研究及工程应用基础.     

一种薄膜热电堆热流传感器灵敏度系数的实验研究

为应对长时间、高频响、高热流密度条件下的热流密度测试要求,通过热沉体设计发展了一种新型热阻式薄膜热电堆热流传感器,并利用对比标定的方法、采用辐射标定方式确定各个此类型传感器的灵敏度系数。标定实验数据表明：该类型热流传感器的灵敏度系数与感应面温度相关,且在高于一定温度之上校正关系式不同于以往的线性关系而呈现出二次非线性关系。通过分析可知：呈现出二次非线性校正关系式的原因主要是依赖于温度的热阻层导热系数以及薄膜热电偶Seebeck 系数。实验数据以及分析结果为该类型热流传感器的标定和优化设计提供了参考,同时确保了该类型热流传感器在使用过程中获得准确、可靠的热流测试数据。     

一种薄膜热电堆热流传感器灵敏度系数的实验研究

为应对长时间、高频响、高热流密度条件下的热流密度测试要求,通过热沉体设计发展了一种新型热阻式薄膜热电堆热流传感器,并利用对比标定的方法、采用辐射标定方式确定各个此类型传感器的灵敏度系数。标定实验数据表明:该类型热流传感器的灵敏度系数与感应面温度相关,且在高于一定温度之上校正关系式不同于以往的线性关系而呈现出二次非线性关系。通过分析可知:呈现出二次非线性校正关系式的原因主要是依赖于温度的热阻层导热系数以及薄膜热电偶Seebeck系数。实验数据以及分析结果为该类型热流传感器的标定和优化设计提供了参考,同时确保了该类型热流传感器在使用过程中获得准确、可靠的热流测试数据。