一维斯特林发动机数值分析方法研究

合理的斯特林发动机的分析计算方法,对斯特林发动机的设计制造及性能优化分析是非常重要的.重点介绍了较为先进且更为精确的斯特林分析方法:一维非定常流动分析法.并在设计工况下,对某型斯特林发动机的模拟结果进行分析讨论.该分析方法为斯特林发动机的优化设计和运行提供一个非常有价值的工具.     

空间斯特林发电机热头结构设计及分析

空间斯特林发电机热头在工作中要承受严酷的高温高压的工况,为了保证其长寿命和高效换热等要求,需要对斯特林发电机热头的材料、结构等方面进行分析和优化设计。本文初步介绍了空间斯特林发电机热头结构设计的要求和准则,分析了热头结构设计的难点和关键点及解决途径。采用有限元分析方法,开展了斯特林发电样机热头的温度和压力综合应力分析和热头结构的优化设计。加工完成的热头结构的工作性能满足斯特林发电机样机的要求,初步验证了设计方法和途径的正确性。     

简讯

西航研制的20kW碟式斯特林发动机填补国家空白2012年8月13日,中航工业西航兆瓦级碟式斯特林太阳能热发电站示范工程方案继7月25日通过陕西省科技厅组织的专家组评审后,被列入陕西省科技统筹创新工程计划重大科技专项。这标志着以58台斯特林发动机组成的兆瓦级太阳能热发电站示范工程即将进入实施阶段。西航是国家863计划中分布式太阳能热发电技术项目的牵头单位,研制的新能源科研项目斯特林发     

3代脉管制冷机的工作原理和性能的全场数值模拟

建立了脉管制冷机(PTR)的全场数值模型,并在二维可压缩SIMPLEC程序基础上分别开发了针对基本型(BPTR)、小孔型(OPTR)和双向进气型(DPTR)脉管制冷机的可压缩交变流动与换热的全场数值模拟程序。通过对脉管制冷机内的流场、温度场、压缩机内压力等重要参数的数值模拟研究以及对基本型、小孔型和双向进气型脉管制冷机数值模拟结果的对比,逐步地揭示了不同类型脉管制冷机的复杂流动与换热,并从传热学角度揭示了脉管制冷机的普遍制冷机理,为脉管制冷机的进一步数值模拟研究以及优化改造奠定了基础。     

大口径脉管制冷机的分析研究

为了解决普通脉管制冷机的小冷量问题,提出了大口径脉管制冷机的新概念。理论依据分析和实验研究都表明大口径脉管制冷机可以获得更大的冷量。     

月球反应堆屏蔽研究

针对月球特殊使用环境下的反应堆辐射屏蔽问题,采用蒙特卡罗方法的MCNP程序对月球反应堆建立了月壤屏蔽和全集成屏蔽两种计算模型。利用MCNP程序对航天员所受剂量和斯特林电机所受通量进行了详细计算,给出月壤屏蔽和全集成屏蔽优化设计的建议。计算结果表明:两种屏蔽方案均能满足剂量限值要求,屏蔽优化设计合理可行。     

液氦温区预冷型JT制冷机闭式循环实验研究

针对目前空间探测任务对高效可靠的液氦温区制冷技术的需求,介绍了自行研制的液氦温区JT制冷机测试系统及制冷机结构,采用带有进排气阀的单级线性压缩机驱动,由两级GM制冷机预冷,测试了JT制冷机在闭式循环条件下的制冷性能。结果表明,JT制冷机经5.5 h降温至液氦温区,无负荷制冷温度为4.4 K,在4.9 K获得87.98 mW的制冷量,驱动JT侧线性压缩机所耗电功41.6 W。并分析了制冷机闭式循环与开式实验中存在的差异,表明热负荷的改变会影响制冷机的运行状态。     

基于G-M制冷机的大尺寸冷屏设计方法

介绍了基于Gifford-Mcmahon (G-M)制冷机的大尺寸冷屏的设计方法。该低温冷屏配合真空环境模拟室共同使用,为遥感卫星的星载遥感器等部件的红外定标试验提供20K的低温冷背景。该冷屏采用5台G-M制冷机进行制冷,外形尺寸达到1m×1m,是目前国内同类型冷屏中尺寸最大的。详细介绍了冷屏在容器内的安装布置、冷缩时的补偿等结构设计方法、冷屏的表面温度分布以及降温时间等计算分析。成功解决了大尺寸冷屏在低温环境下的冷缩补偿难题,试验结果表明:冷屏主要测点温度为15K,温度均匀性误差为±1K,达到并超过设计要求。      

空间微小脉冲管制冷机研制

随着空间机械制冷技术的迅速发展,空间脉冲管制冷机在80 K温区整机效率已经优于1 W/18 W（制冷量/输入电功）。针对中国航天未来微小卫星的发展,中国科学院理化技术研究所开展了空间微小脉冲管制冷机的研究,并获得突破性的进展。理化技术研究所研制的宇航级微型脉冲管制冷机,80 K温区制冷量与重量比已经大于1.5 W/1 kg,制冷效率达到1 W/22.5 W（制冷量/输入电功）,在轨设计寿命超过30 000 h,可以与中波红外320×256以下面阵探测器直接耦合。系统介绍了中国科学院理化技术研究所微型脉冲管制冷机的研发过程,并给出了最新的研发结果。该制冷机除了可以实现给中波红外探测器制冷以外,还可以作为辅助热控手段,对220 K以下温区的载荷热控、载荷在轨气体多余污染物吸附等应用提供帮助。     

布雷顿与斯特林联合循环ECOP性能分析

以反映热机循环输出和损失之比的生态学性能系数ECOP为目标,用有限时间热力学的方法分析了具有热阻、热漏的布雷顿与斯特林联合循环的性能;导出了在牛顿传热律下布雷顿循环的ECOP的解析式,并通过数值算例得到了它们之间的关系;分析并研究了各种参数对联合循环性能的影响。     

基于传热与压力损失的气-水换热器耦合设计

针对换热器设计中如何合理兼顾传热效率和压力损失的难题,以矩形流通截面的燃气-水列管式换热器为对象,从理论上分析了设计参数之间的内在联系,揭示了换热面积与燃气流通面积、横向管间距、换热管直径之间的匹配关系,建立了基于压力损失和传热计算的耦合设计方法。这种方法已成功应用于某大型燃气冷却器的设计,也可供其它换热器设计时参考。     

宽弦空心风扇转子叶片叶身结构设计参数分析

对空心叶片模型型腔和加强筋结构设计参数进行了分析;考虑到制造工艺可行性,采用ANSYS有限元软件对空心叶片模型进行了建模及应力分析。分析结果表明,加强筋数量增加,或加强筋与蒙皮厚度比增大,或加强筋扩散连接区域与非连接区域长度比增大,对蒙皮最大应力值影响不大,但对加强筋最大应力值影响较大。     

解决某型飞机座舱夏季飞行高温问题的方法及有关的计算论证

某型飞机夏季飞行座舱温度高的问题由来已久,在外界环境温度为30℃时,座舱温度高达40℃以上,对飞行人员的身心健康产生了不同程度的影响.通过本文分析得出结论:该型飞机座舱高温问题,主要是由于现有制冷设备的设计制冷能力受到某些环境因素的制约而没能完全发挥作用造成的.通过计算提出了从机外引入冲压空气,降低空气散热器冷边系统的...     

定向凝固高温合金涡轮冷却叶片的热应力分析

1 引言 现代航空发动机的燃气温度愈来愈高,涡轮叶片采用复杂的冷却结构和耐高温的各向异性材料。在发动机工作状态循环变化中,将引起热疲劳损伤。所以,必须对涡轮叶片中周期性变化的热应力进行分析。由于其结构形状复杂,采用有限元素法进行分析是一种有效的方法。如对整个叶片进行瞬态温度场和各个瞬间的应力场进行分析,将需要很大的内     

航空发动机过渡态典型热端部件热响应分析

为满足航空发动机方案设计阶段结构分析及强度寿命评估的要求,必须提供相关零件稳态和过渡态热状态数据。应用1维解析方法和数值方法分别对薄壁类和轴对称缘盘类热端部件进行了过渡态热状态计算分析,得到带涂层叶片、盘及机匣平均温度随发动机状态的变化,并依此分别进行了各零件热响应分析;由热响应分析结果得到了高压涡轮转子和机匣过渡态热伸长量,并进行了过渡态的热间隙分析,为结构分析提供输入;计算结果与采用ANSYS软件计算的结果偏差普遍在3%以内,说明计算方法合理,可适用于方案设计阶段过渡态热端部件热状态计算。     

An equivalent ground thermal test method for single-phase fluid loop space radiator

Thermal vacuum test is widely used for the ground validation of spacecraft thermal control system. However, the conduction and convection can be simulated in normal ground pressure environment completely. By the employment of pumped fluid loops’ thermal control technology on spacecraft, conduction and convection become the main heat transfer behavior between radiator and inside cabin. As long as the heat transfer behavior between radiator and outer space can be equivalently simulated in normal pressure, the thermal vacuum test can be substituted by the normal ground pressure thermal test. In this paper, an equivalent normal pressure thermal test method for the spacecraft single-phase fluid loop radiator is proposed. The heat radiation between radiator and outer space has been equivalently simulated by combination of a group of refrigerators and thermal electrical cooler(TEC) array. By adjusting the heat rejection of each device, the relationship between heat flux and surface temperature of the radiator can be maintained. To verify this method,a validating system has been built up and the experiments have been carried out. The results indicate that the proposed equivalent ground thermal test method can simulate the heat rejection performance of radiator correctly and the temperature error between in-orbit theory value and experiment result of the radiator is less than 0.5 C, except for the equipment startup period. This provides a potential method for the thermal test of space systems especially for extra-large spacecraft which employs single-phase fluid loop radiator as thermal control approach.     

涡轮导向叶片热疲劳分析

某型涡扇发动机在进行地面性能试验时,高压涡轮导向叶片多台次出现了严重裂纹故障。本文以其失效分析为背景,推导出导向叶片瞬态温度场的计算方法,并对该导向叶片进行了瞬态温度场数值分析,进而得出导向叶片的瞬态热应力分布与热疲劳寿命的计算结果。同时对此故障产生的原因进行进一步的分析。分析的结果与该机地面性能试验数据基本吻合,因此,此分析过程可作为热疲劳寿命计算的借鉴。      

面向对象的先进循环燃气轮机工质热物性计算方法

先进循环是燃气轮机发展的重要方向,1套通用先进循环工质热物性计算方法对先进循环研究具有重要意义.以工质最为复杂的化学回热循环为例,建立了1套通用的工质热物性计算方法,并论证了该方法也适用于其他先进循环.基于面向对象方法建立了1套计算系统并采用C＋＋语言编制其计算程序,验证了空气和水蒸气的热物性计算精度,最大误差为0.00852％.采用该热物性计算方法计算了1个化学回热循环的热力过程;在给定的条件下其效率比简单循环效率提升32％,达到47.32％.结果表明：所提出的热物性计算方法计算准确,通用性强,为先进循环研究提供了基础.     

基于非协调单元的液体火箭发动机推力室热结构分析

用巴兹公式和发动机的热力计算数据,得到了推力室内的燃气壁面对流传热系数和燃气温度的分布,并用有限单元法计算了推力室的温度场.在温度场计算基础上,采用Wilson非协调单元,对推力室的应力场进行了计算,其中位移函数采用二阶形式,将计算精度提高到二阶.结果表明:相比常规单元,Wilson非协调单元在计算结构比较复杂,温度梯度比较大的结构时,精度比较高,结果合理.      

液态碳氢燃料热辐射物性参数反演方法

基于光线跟踪法建立了玻璃-液态碳氢燃料-玻璃3层平板总透射比的正问题模型,给出了反演液态碳氢燃料热辐射物性参数(光谱吸收指数 k 和光谱折射指数 n)的反问题模型,采用Monte-Carlo(M-C)法结合区间逼近法求解.通过将已知文献中庚烷的热辐射物性参数作为“真实值”,采用正问题模型计算总透射比作为“实验测量值”,然后利用反问题模型计算 n 和 k ,并分析实验偏差对反演计算的影响.研究结果表明:①模型反演 k 计算误差的标准差小于0.003%,而 n 的标准差高于21%.②实验偏差对反演计算影响较大,且偏差达到1.0%时个别反演数据明显“失真”.③ k 反演计算误 差的标准差 y 与实验偏差 γ 满足 y =2285.2 γ2- 10.484 γ +0.0037的关系式; n 反演计算误差的标准差受实验偏差影响较小,但偏差导致反演 n 误差均超过20%.