滚筒机动动作下超临界正癸烷管内流动换热特性的数值研究

为研究在飞行过程中滚筒机动动作影响下超临界正癸烷的管道内流动换热规律及物理机制,采用数值模拟方法,分析探讨了滚筒机动条件（飞行速度、滚动半径）对速度场和温度场的影响及有关机理。研究结果表明：滚动半径的增大和飞行速度的减小都会降低换热系数和增大流体速度。由不同工况下流体的浮升力系数Bo^*和热加速系数Kv都小于临界值可知,流体的传热特性只受惯性力影响,其根本原因是在离心力和科氏力的作用下,流体速度不均匀分布导致管道内壁产生涡流,造成传热恶化。以上研究结果可为采用超临界正癸烷主动再生冷却方案的超燃冲压发动机热管理提供参考。     

组合发动机微细通道氦加热器设计与流动换热

氦加热器是预冷组合发动机中重要的换热器之一,其原理是利用燃气燃烧的热量提高氦气做功能力,进而提升整个循环系统运行效率.研究中首先设计了蛇形管式、瓦片式、辐射式三种微细通道氦加热器.其次,基于FLUENT15.0软件对微细通道氦加热器管内外的对流换热系数和流动阻力进行了研究.对比模拟结果和经典关联式的计算结果,确定了适用...     

密封舱流动换热的地面降压模拟研究

地面降压模拟技术是研究裁人航天器舱内流动换热的有效手段,该技术的关键在于选取一个合适的舱内压力,使得地面条件下自然对流的影响得以消除。对应着某一个舱内压力,自然对流对流动换热的影响刚好得以消除,该舱内压力可定义为临界压力。文章利用数值模拟软件I—DEAS,针对处在独立飞行状态下的某一载人航天器,选取不同的舱内压力,分别对空间条件和地面条件下密封舱内的流动换热进行稳态数值模拟,得到了舱内温度分布和对流换热系数。在不同舱内压力下,通过比较空间条件和地面条件的计算结果,分析地面条件下自然对流对流动换热的影响是否得以消除。根据分析结果,给出了该载人航天器在使用地面降压模拟技术中的临界压力。     

载人航天器密封舱内流动换热数值模拟研究

航天器密封舱主要以通风换热的方式排出舱内人员及设备的散热,从而控制舱内的温度水平。计算机数值模拟是研究舱内通风换热问题的有效方法。文章利用数值模拟软件I-DEAS,针对设定载人航天器,对其在轨状态下密封舱内复杂的流动换热进行稳态数值模拟,研究系统能量的流动和分配,评价通风设计方案的合理性。     

超音速燃烧室凹槽流动特性研究

对超音速燃烧室内各种构型的凹槽流场进行了数值模拟,研究了凹槽的后壁面斜角、凹槽长高比及凹槽前后壁面高度比等参数对凹槽流场的影响,计算了各种构型凹槽的阻力、停留时间等。研究结果对定量认识凹槽流场、优化凹槽构型、设计高效率的火焰稳定器具有一定借鉴作用。     

流速及进出液口形式对板式热沉换热性能影响

热沉的换热性能直接影响空间冷环境的模拟效果。文章通过建立不锈钢板式热沉的几何结构模型,利用流体力学理论和有限元方法对板式热沉换热性能进行数值模拟。湍流计算采用RNG模型的k-ε方程,压力–速度耦合计算采用Simple算法,得到热沉壁面温度分布及换热特性参数,同时分析流速及进出口形式对热沉壁面温度均匀性及换热性能的影响。结果表明:较小的流速会导致热沉壁面温度均匀性变差,而流速的增加可以提高热沉的换热效率,但又会增加流体的压力损失。为保证热沉壁面温度分布均匀,需在综合考虑传热和阻力问题的基础上来确定最优的入口流速。当热沉有效尺寸较小时,则进出口布置形式不会影响板式热沉壁面温度的均匀性。     

低温氢气排放过程数值模拟

以低温氢气安全排放为目的,采用数值模拟方法对低温氢气直接排放和燃烧排放的流场进行分析.流场仿真计算采用了标准双方程k-ε湍流模型和氢氧单步燃烧模型.研究参数包括氢排放压力、流量、温度和环境风速,评价指标为氢扩散范围和燃烧范围.计算结果表明：燃烧排放燃烧范围小于直接排放氢扩散范围;排放压力增加、流量增大和温度降低均会使氢扩散范围和燃烧范围变大.     

环形CW型原表面回热器通道流动换热及熵产特性分析

着眼于提升临近空间可重复使用航天器的能源利用效率,文章探究环形CW型原表面回热器通道流动换热与熵产特性。以其换热单元体为研究对象,采用k-ε湍流模型和周期性边界条件,通过分析回热器流道出口截面的速度和温度参数分布,讨论了冷热侧进口参数（雷诺数、温度）对回热器流动特性与换热性能的影响。结果表明,增大雷诺数会使冷热侧出口截面温度降低、速度提升,形成中心涡,使流道侧壁摩擦阻力及压力损失增大,导致回热器换热性能下降。熵产分析验证了此结论：随雷诺数增大,换热单元总熵产率增大。雷诺数不变时,改变冷热侧进口温度,结合面优度系数和总熵产率的综合变化,得到回热器的最佳工作温度为燃气进口温度874.8 K、空气进口温度485.6 K。     

抽屉式标准机柜换热性能仿真及设计

为了分析风道通风孔宽度、抽屉发热量分布、进风流量、进气温度和机柜进出风口布置方式对机柜换热性能的影响,给出抽屉式标准机柜热控制系统的设计步骤,建立了某型抽屉式标准机柜的物理模型,并采用CFD方法对机柜内部通风换热情况进行了数值仿真。结果表明,进出风口布置方式、进风流量及通风孔宽度对机柜换热性能影响很大,抽屉发热量和进气温度与抽屉通风换热性能关系不大。经过研究发现,在标准机柜热控制系统设计过程中,由于气流进出口布置方式受舱内整体布局方案限制,在一定范围内增加进风流量和减小通风孔宽度是改善抽屉对流换热的主要措施。
     

带凹槽结构的涡轮泵平衡活塞工作特性分析

在涡轮泵中设计平衡活塞结构是用来平衡轴向力的重要方法之一,平衡活塞通过调节涡轮泵叶轮和壳体间隙的压力分布降低轴向力大小,而在平衡活塞内增设凹槽结构则可以更好地平衡轴向力、扩大平衡轴向力的工作范围。针对凹槽结构的工作特性研究问题,建立了带不同凹槽结构的平衡活塞后泄漏流道数值仿真模型,并根据仿真结果对平衡活塞后泄漏流道内的...     

高温高压下的燃气／空气热管换热方案

以高温高压燃气加热高压纯空气为研究背景,用平均温差法对气-气热管换热器设计计算,进行结构方案设计,采用有效度-传热单元数法对换热器传热进行校核计算。设计换热器为圆柱形筒壁结构,出口为渐缩型喷管结构,采用半轴比为2／1的椭圆形热管。     

液体火箭发动机自引射工作过程传热研究

建立了液体火箭发动机自引射工作过程传热分析模型。分析了圆柱型和二次喉道型引射器在不同冷却水流量下引射器的壁温和热流的变化,得到了引射器可靠工作的冷却水流量范围,引射器冷却水温升测试值和仿真值的一致性较好。     

航天器密封舱流动和传热的数值研究

在有强迫流动的航天器密封舱内，与固壁存在热交换的三维气体流动使得舱内传热相当复杂。本文用数值分析模拟航天器在轨状态下的流动和传热。结果表明，辐射和流动在密封舱热分析中都不可忽略。对多种风速的计算结果表明，平均对流换热系数与风扇布局基本无关而仅与平均风速有关，最后由计算结果得出了平均对流换热系数和平均风速的经验关系式。     

高温高压环境下煤油液滴蒸发过程实验研究

应用高速摄影系统和图像处理技术研究了煤油液滴在温度473~773 K、压力1.0~4.0 MPa静止气体环境下的蒸发过程,得到了环境温度与环境压力对煤油液滴特性的影响规律。实验结果表明:环境温度低于573 K时,煤油液滴蒸发D2曲线不符合d2定律;环境温度高于673 K低于773 K时,液滴直径变化与d2定律吻合。环境压力对液滴蒸发的影响与环境温度密切相关,环境温度低于473 K时,随着环境压力的升高,液滴蒸发速率变慢;环境温度高于673 K时,随着环境压力的升高液滴蒸发速率加快。     

发动机喷管内流场对流换热系数影响因素的数值分析

基于Roe-FDS格式,采用标准κ-e湍流模型对某液氧煤油发动机喷管内部燃气流对喷管内壁的对流传热换热系数进行了数值仿真与研究,分析了网格雷诺数以及恒温壁壁温对喷管内壁对流换热系数的影响.当近壁面网格第一层法向高度为10-3 mm数量级时,仿真结果与工程估算公式的计算结果相吻合.同时,在一定范围内,对流换热系数随来流速...     

燃烧室压力振荡对喷嘴出口流量振荡影响分析

从理论上分析了燃烧室压力振荡引起喷嘴出口流量振荡的振荡传递．推导了振荡传递过程的传递函数。讨论带有各种喷嘴的燃烧室的动态特性,计算了燃烧室压强、喷嘴压降、喷嘴类型及结构尺寸对燃烧室压力振荡引起喷嘴出口流量振荡的影响．得到了喷嘴在此传递过程中的影响规律。     

减阻航天煤油减阻机理与传热规律数值模拟

在火箭煤油中添加高聚物进行有效减阻已有大量实验研究,但对于煤油流动与传热过程中流场与温度场的分布及机理分析较少,采用CFD方法对火箭煤油减阻机理与传热规律进行三维数值模拟分析,并与普通煤油进行对比。等效黏度模型采用UDF进行编译,其黏性项分别采用非牛顿流体与牛顿流体模型进行处理。数值模拟研究表明,减阻剂的添加使得减阻煤...     

On radiative and conductive heat transfer in spacecraft

The “radiative” boundary condition in a heat conduction problem relates the heat flux in a point of the wall to the temperatures in all the other points of the surface system.That is, this condition is of a “functional” type. This “functional” can be solved in discrete terms by using the conventional technique of dividing the body in small discrete elements or “nodes”. This paper instead presents an approach on a continuous scheme, by which the functional is solved in terms of “spacewise harmonics” of the temperature inside the body; the heat conduction problem is thus reduced to an ordinary form differential system whose unknowns are these “harmonics”. An interative linearized procedure to solve this system is also suggested, by which “exact” solutions are obtained. The merits of these solutions, with respect to practical discrete element computations, are in the better spacewise resolution and in the consequent more accurate treatment of both radiation and conduction. The application of the procedure is, however, limited to particular geometries. It is relevant to note that among these possible geometries many are included of practical interest, like hollow cylinders and polygons, cubic boxes etc. A numerical example completes the work.