机载三股流板翅式冷凝器数值计算与实验研究

分析了翅片、隔板和流体的传热规律,采用有限容积法建立了包含相变流和交叉式在内的多股流板翅式换热器数学模型。基于蒸发制冷循环试验台,在4种工况条件下对机载交叉式三股流板翅式冷凝器换热性能进行了实验,并在特定工况下,通过温度场分析了各股流体间的换热特性。经数值计算与实验结果的对比,流体换热量的最大相对误差为8.08%,满足工程设计计算需求。通过定性分析,认为流体流量分配不均、相变流体潜热以及相变对流表面换热系数的计算是误差的主要来源。     

轻质点阵主动冷却壁板热流固耦合响应分析

提出一类以点阵材料为夹芯的新型轻质主动冷却壁板,研究了Ma=6条件下的该壁板的流固耦合传热性能及热结构响应性能,并从热防护、热强度和轻量化等几个方面与槽道式主动冷却结构进行了综合比较。采用三维流固耦合共轭传热数值计算方法,考虑了几种典型的点阵夹层结构与冷却液动态换热过程的相互影响,分析中考虑了碳氢燃料与合金材料热物理性质随温度的变化以及湍流换热,求解获得了流体与结构的三维瞬态温度场,并通过顺序耦合求解获得了结构的应力场。计算结果表明,在相同的热环境下,高孔隙率的轻质点阵夹层结构的流固界面换热性能远高于槽道式主动冷却结构,因此结构的最高温度也较低,同时应力集中问题也有所缓解。通过对不同构型的点阵夹层结构的比较发现,胞元构型对其传热性能和结构应力应变有显著的影响。     

微通道光管换热器数值模拟及实验研究

为了研究微通道光管换热器的特性,本文对单根管、单排三根管、两排六根管的管外扰流进行了数值模拟。在R134a制冷系统中,蒸发器和冷凝器端都用微通道换热器改装并进行试验研究。结果表明:相比于大管径换热器,小管径换热性能更好;同排管束之间、排与排之间流场对边界层有影响。0.7 mm单管光管的模拟结果与实验数据吻合良好,对进一步换热性能分析有指导意义。     

飞机蒙皮换热器等效传热试验方法研究

通过理论分析,将蒙皮换热器外高速流体的传热等效为管内低速流体的传热,获得了蒙皮换热器的一种简便的性能试验方法。在该方法基础上,搭建了地面试验系统,完成了蒙皮换热器地面换热性能试验研究,并对该试验方法的正确性进行了验证。     

短舱进气道热气防冰系统传热特性研究

为了研究短舱笛形管热气防冰系统中防冰腔设计参数对进气道唇口表面传热特性的影响，进行了不同设计参数下进气道防冰腔内外流域和固体域的耦合仿真传热计算。分析得出了不同射流孔孔径和射流孔到进气道前缘表面的距离等参数对进气道唇口表面的温度、对流换热系数和Nusselt(Nu)数分布的影响。分析结果表明：射流孔直径和射流孔到唇口表面距离在一定的范围内，进气道蒙皮表面温度和对流换热系数随射流孔直径的增大而升高，随中间排射流孔到唇口表面距离的减小而升高。     

复合相变蓄热材料传热特性计算与实验研究

复合相变材料（PCM）作为一种固/液相变材料与多孔高导热泡沫等材料复合而成的新型材料体系,具有潜热大和热导率高等优异性能。因此,基于复合相变材料的蓄热装置成为新一代飞行器热管理技术的研究热点。以碳化硅（SiC）泡沫填充石蜡类相变材料为研究对象,采用有限容积法与等效热容法相结合的方法,建立了考虑材料细观与宏观传热特性的复合相变材料传热特性数值预测方法,搭建了实验平台并开展了材料传热特性的实验研究,验证了计算模型与方法的有效性。相关方法可为材料孔隙率、微结构等特征对复合相变材料传热特性的影响规律研究以及材料蓄热性能的优化提供参考。     

0.3 m低温连续式跨声速风洞结构设计

低温风洞运行过程中,洞体回路承受的温度低且温度变化范围大,使结构产生较大的热变形和热应力,将影响风洞的气动性能和安全性。在进行0.3 m低温风洞结构设计时,通过合理选取风洞结构材料、采取驻室夹层内腔的气流换热和结构热变形释放等措施对结构热变形进行有效控制,并针对洞体回路的热变形和热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明,降温7200 s后,拐角导流片的温度降至约110 K,稳定段的法兰温度约为250 K,洞体回路的最大热应力出现在换热器驻室壳体上,约为110 MPa,安全系数大于1.8;洞体回路温度降至90 K时,长轴方向收缩约为29 mm,短轴方向收缩约为12 mm。通过低温风洞试验发现,仿真计算结果接近于实际的测量结果,调试试验结果验证了该风洞结构设计的可靠性。     

织物-多种相变微胶囊复合材料热特性数值模拟

为了研究添加相变微胶囊织物的热特性,基于织物热湿耦舍模型,本文发展了一个新的数学模型.模型考虑了多种相变微胶囊与织物的热传递,纤维的吸湿性/放湿性以及热湿耦合作用.模型方程采用控制体积法进行了求解.数值解与实验结果进行了对比,表明了该模型具有满意精度.模拟了相变材料总合量相同,但相变材料布置方式不同的织物在加热过程中的热特性.结果表明,相变微胶囊及其混合物在织物中的布置方式不同,对织物热特性有重要影响.     

民用飞机短舱防冰性能分析建模与仿真

基于民用飞机短舱防冰系统的特点,结合发动机结冰防护要求和适航条款的相关要求,阐述了短舱防冰性能分析的工程计算流程,并给出了提升计算效率的方法。在计算需求中重点分析归纳了短舱防冰的计算判据和常用计算工况,在计算模型中从外流场、内流场和耦合面3个域开展能量平衡和质量平衡分析,对计算网格提出了工程化的简化要求和方法;采用基于K近邻搜索的反距离加权插值算法,相比传统穷举法插值大幅提升了求解效率,且该方法具备网格无关性的特征;相较于经典的附面层积分法求解对流换热系数,本仿真模型在综合考虑三维效应和求解效率后,采用了外掠圆管的对流换热系数修正经验公式,并为后续模型修正提供了接口。基于自主搭建的民机防冰性能分析模型,开展了已有型号的短舱防冰性能分析,计算结果与试飞数据的表面温度对比表明,仿真中的优化满足工程分析需求且极大地提升了求解效率。     

发动机导向叶片热气防冰腔结构改进

在采用数值模拟方法对某型发动机导向叶片热气防冰腔的流动与换热性能分析基础上,提出了微小通道换热结合气膜排气的新型防冰腔结构。数值模拟中采用分区对接块结构化网格,通过求解EULER型的空气/过冷水滴两相流控制方程,得到了气膜影响下导向叶片外的三维水滴撞击特性,并将改进后防冰腔的换热性能进行了对比。结果表明,改进后的热气防冰腔的换热效率得到了大幅提高,同时气膜对过冷水滴的遮蔽作用明显增强。     

一种航空发动机防冰传感器测温特性试验研究

为了研究热气防冰传感器的测温特性,对一种航空发动机热气防冰传感器开展了冰风洞试验研究,获得了传感器测温特性随来流总温、热气流量、热气温度及水滴参数的变化结果。试验结果表明,热气参数对传感器的测温特性影响较大,随着热气温度和流量的升高,传感器测量偏差度增大;传感器使用环境受航空发动机工作状态的影响,在一定条件内,传感器测量偏差度在合理范围内波动;热气防冰传感器在过冷水滴结冰环境下存在结冰现象,结冰会影响传感器测温腔入口气流,导致传感器测温偏差增大,降低传感器测温性能;当结冰量过多时,传感器失真失效。     

套管式换热器内部非对称流动现象研究

使用数值模拟和物理验证两种方法,研究了套管式换热器内稳态的流场和温度场,分析了换热器内部流动"死区"和换热能效。通过实验验证了数学模型的合理性,基于此进行了数值计算,主要结论为:换热器存在垂直弯头的情况下,管道内流动速度并非对管道中心线呈完全对称,在转弯处会产生速度"死区";改进后的换热器一定程度上减弱了流动"死区",套管内流动速度更加均匀,换热能效比有显著提升。     

机载蒸发循环制冷系统板翅式蒸发器换热特性

从叉流板翅式蒸发器翅片传热和隔板热平衡方程出发建立了蒸发器的分布参数稳态数学模型,用有限差分法计算了蒸发器内的温度分布和换热特性。模型中制冷剂侧采用均相流动假设,空气侧考虑了湿工况的影响。为了求解两流程板翅式相变换热器的数学模型,本文提出了一种以第一、第二流程分界隔板上温度分布为收敛依据的计算方法,得出了蒸发器中空气温度场及制冷剂两相流干度和温度场的分布规律。计算结果表明,蒸发器中温度场和干度的分布规律是由叉流式换热器的结构特点及制冷剂和空气的相对流动方向决定的,制冷剂在一个流动通道中沿垂直流动方向干度分布很不均匀,即一边是过热蒸气,而另一边则含有未蒸发的制冷剂液体。由于过热蒸气与空气的换热系数较低,蒸发器中存在大面积过热区势必影响其换热效率,同时,蒸发器出口含有制冷剂液滴不仅减少了系统制冷量,降低了系统的性能系数,严重时可能对压缩机的工作造成不良影响。因此在设计蒸发器时必须充分考虑干度不均匀性的影响,采取必要措施尽量使出口干度均匀。计算结果与相关文献中实验结果比较证明了本文所建立的模型是合理的。     

气动加热影响下的液氧储罐内温度分层与相变特性仿真分析

采用三维模型数值模拟液氧储箱预增压上升过程,对液氧相变特征以及温度分层发展规律进行了分析。从计算结果可以看出:在气动加热影响下,气液界面液氧蒸发速率在0.012 6kg/s附近振荡;近壁面液氧沸腾速率随时间变化规律与外界漏热量一致,整个过程相变速率平均值为0.086kg/s。随着高温增压气体通过散流器喷射进入气枕空间,液氧温度分层逐渐明显,温度不断升高,预增压183s气液界面处液氧温度从89.51K升高至93.61K,平均温升速率0.022K/s。     

低温下2219铝合金贮箱焊接缺陷的试验与仿真分析

本文结合材料试验和断裂力学数值仿真,研究了运载火箭贮箱低温下材料及焊缝缺陷对贮箱极限承载能力的影响.通过低温光测试验获取了贮箱材料2219铝合金的弹塑性本构参数,研究了该材料从4K到300K温度环境下的断裂韧性变化,发现2219铝合金在4K下仍保持较高的断裂韧性.结合77K温度下贮箱的强度破坏试验,建立了贮箱热力耦合数...     

疏水涂层表面防冰效果的结冰风洞实验研究

采用结冰风洞实验的研究方法,对不同疏水涂层表面的防冰效果进行了研究,建立了综合考虑结冰外形、结冰速率和结冰强度等量化参数的防冰效果评估方法.实验研究表明,硅橡胶的防冰效果并不明显,但添加16烷的硅橡胶却显示出了更好的防冰效果,因此,在高分子涂层中添加小分子材料是一种值得探索的防冰涂层研究方向.疏水涂层只能降低结冰速率,无法完全杜绝材料表面的结冰现象,需要对涂层配方及其防冰机理进行更深入的研究,才能获得更好的防冰效果.研究结果对于防冰理论和技术的发展具有现实的意义.     

基于电加热膜防冰设计方案的分流环表面换热特性试验研究

分流环表面换热特性对提升防冰设计效能至关重要。针对传统热气防冰方案中试验件与试验方案系统复杂、成本高昂等问题，本文提出了一种新型电加热膜防冰设计方案的分流环表面换热系数的试验方法。根据能量守恒定律，推导出分流环表面换热系数理论公式。试验研究了不同俯仰角、速度、液态水含量（Liqid water content,LWC）以及水滴中位体积直径（Median volumetric diameter, MVD）等对分流环表面换热特性的影响。试验结果表明：前缘区域换热系数随俯仰角先增大后降低，25°俯仰角是明显的转折点；相同喷雾条件下的前缘区域、下表面区域的平均换热系数约是干空气条件下的3倍；分流环前缘的换热系数明显大于上、下表面的换热系数。     

基于联合仿真的板翅式换热器温度场研究

为进一步研究板翅式换热器在大温差换热条件下的温度场和流量分配特性,采用了FLUENT与基于VC++语言程序的联合仿真方法,以给定结构的板翅式换热器为例对其进行验证分析.研究表明将联合仿真方法应用于板翅式换热器仿真计算,对研究航空预冷器温度场特性有现实意义.仿真结果与试验数据误差为0.6％～6.4％,联合仿真方法准确可行...     

形状记忆合金增强复合材料的一维σ－ε－T关系

分形状记忆合金（ＳＭＡ）相变前和相变过程中两阶段，推导了形状记忆合金增强复合材料（ＳＭＡＲＣ）的一维应力、应变和温度的关系。实验研究包括：ＮｉＴｉｎｏｌＳＭＡ丝自由回复时的回复应变与温度、受限回复下的回复应力与温度的关系，玻璃纤维／环氧树脂复合材料和ＳＭＡＲＣ试件的单向拉伸，一定应变下ＳＭＡＲＣ拉伸试件的应力与温度的关系，恒定外载下ＳＭＡＲＣ拉伸试件和纯弯曲试件在触发ＳＭＡ前后应变的变化。结果表明，ＳＭＡＲＣ除了具备传统结构材料承载的功能之外，还具有改善和增强材料本身性能的能力。     

45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场数值模拟及参数优化

研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场的分布规律,考虑了热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的因素,应用ANSYS有限元分析软件,建立了连续移动三维瞬态激光重熔喷射电镀Ni层温度场的计算模型.为了在喷射电镀Ni层激光重熔过程中获得表层质量较好,且尽量厚的硬化层,利用建立的模型,通过选择合适的激光加工工艺(激光功率、扫描速度和光斑半径),获得了较为理想厚度的硬化层.