某载人航天器密封隔舱内CMG散热设计与分析

针对某载人航天器密封隔舱内单框架控制力矩陀螺(CMG)的散热问题,设计了射流式强迫对流散热系统,建立了隔舱内流动与传热仿真模型。通过仿真得到CMG转子表面气流和密封隔舱内流场分布特性,通过流动、传导和辐射耦合计算,获得了隔舱内设备温度分布,重点考察了CMG转子散热特性。仿真结果与真空热试验数据一致,验证了CMG散热设计的正确性和仿真模型的准确性。仿真分析方法和结果可为同类型密封隔舱内设备散热分析提供参考。     

辐射与对流耦合加热下正十二烷液滴的蒸发特性

分别采用表面吸收与内部均匀吸收两种辐射模型结合液滴内部有限导热系数模型,数值研究了辐射-对流热环境中正十二烷液滴的蒸发特性.考虑了液滴与周围气流热物性以及液滴/气流相对速度的瞬态变化,获得了不同对流换热条件与辐射源温度下,液滴半径、温度及蒸发率的变化规律.比较了两种辐射吸收模型的预测结果差别,分析了热辐射对液滴蒸发的影响.结果表明,两种辐射吸收模型对液滴寿命预测结果的差别较小,但内部吸收模型能反映液滴表面的能量供给特点.当辐射源温度与对流气流温度相同时,热辐射对液滴蒸发的影响较小;当辐射源温度比对流气流温度高得多时,热辐射的影响很大.      

自然对流对我国空间站地面热试验结果准确性的影响及修正

针对如何正确评价自然对流对密封舱内空气、设备温度的影响程度,并尽量消除自然对流影响的问题,采用数值仿真和试验数据分析的方法,比较了我国空间站地面垂直、水平以及无自然对流状态下密封舱内空气以及不同仪器区域内采用冷板散热、通风散热和预埋管路散热设备的温度分布,分析了自然对流对地面试验结果准确性的影响。结果表明,在当前空间站通风流动条件下,舱内人活动区空气温度分布受自然对流的影响可以忽略;当通风散热设备表面附近空气流速大于0. 3 m/s时,自然对流对设备温度的影响可以忽略;冷板散热和支架管路/预埋管散热设备的温度受自然对流的影响可以忽略。     

不同压力环境下竖直平板表面自然对流散热实验

飞行器从地面上升到太空的过程中所经历的大幅度环境参数变化,会导致飞行器及机载设备出现"超热"、"过冷"和"热分层"等现象。为得到不同环境压力下的关键参数--自然对流换热系数,本文搭建了一个能提供不同气压和环境温度的封闭试验舱,对在不同压力环境(0.0001,0.01,0.1,0.2,0.5,1,10,50 kPa和常压)下几种固定加热量(75,150,300 W/m²)的竖直平板散热进行了实验研究,通过对辐射散热和对流散热的分析比较,获取不用工况下气体的对流换热系数。结果表明:对流换热系数在绝对气压小于1 kPa时非常小,可以视作为0;在绝对气压大于1 kPa时,对流换热系数随压力的升高呈2次方增加;通过对环境物理参数的无因次化处理,得到的准则式方程可用于1~100 kPa的环境压力。     

微小交错流道散热块传热性能

实验研究微小交错流道散热块的传热性能以及热阻系数.随着Re数增加,交错流道与直通流道内流动换热性能均会升高,前者的变化更加显著,对流热阻系数与Re数接近指数关系;相同Re数条件下,交错流道对流热阻系数约比直通流道下降18%.散热块底面温度分布明显不一致,流体轴向温升对温度分布影响显著,温度在空间与时间上均有波动;预测交错流道在Re数为700左右开始发生流动转捩.      

民用飞机机体外部对流换热系数计算方法研究

飞行条件下,飞机外部对流换热系数的计算需考虑气体压缩性和热交换的影响.目前工程上通常采用的参考温度法忽略了飞机结构的影响,将飞机各部位的外部对流换热系数视为一个数值,势必会严重影响计算结果的准确性.通过对民用飞机外部对流换热系数计算原理的研究,提出一种可用于求解飞行条件下飞机机体各区域外部对流换热系数的仿真计算方法——...     

某型飞机短舱辐射换热计算

针对某飞机地面慢车工况,进行了短舱内复合换热数值计算研究,分别运用球谐函数法、离散坐标法和蒙特卡洛法计算辐射换热.结果显示:不同计算方法所得结果总体上趋于一致,热辐射与自然对流耦合作用明显.与单纯自然对流的计算结果相比,舱内温度显著升高,各区域温度值上升7%~30%.考虑空气介质对不同波段热辐射的选择性吸收后,短舱内各计算点温度进一步上升.综合分析表明:地面条件下飞机短舱换热分析过程中热辐射的影响不可忽略.      

致密孔阵气膜冷却绝热温比和对流换热系数的数值研究

采用数值模拟方法研究了气膜孔叉排方式下孔间距和吹风比对致密孔阵气膜冷却绝热温比和对流换热系数的影响.结果表明:减小相邻孔间距与孔径比或增加吹风比,平均壁面温度就越低,且温度分布更为均匀,绝热温比提高,热侧壁面平均换热系数也随之增大;相对于增加气膜孔阵的密集程度而言,吹风比的增加所带来的绝热温比改善和对流换热系数增加幅度略有减弱.特别是当吹风比大于1以后,吹风比的影响程度比较微弱.      

航空发动机旋转帽罩结冰表面换热系数研究

旋转帽罩表面的对流换热系数是结冰、防冰研究的重要参数,旋转帽罩结冰模拟中对流换热量和蒸发量都需要已知对流换热系数。为了获取旋转帽罩表面的对流换热系数,采用数值模拟对旋转帽罩结冰表面的对流换热系数进行了研究。首先验证了网格与计算方法的合理性和可靠性,在此基础上,对影响表面换热的因素进行了分析,计算了不同转速、来流速度、来流温度对锥角40°,锥高176mm的旋转帽罩表面换热系数的影响。结果表明:锥尖区域,来流速度的影响与转速影响相比占主导;除锥尖外的其他区域,转速对换热系数的影响占据了主导地位;来流温度对整个表面的换热系数均有影响。采用不同工况下的数值模拟结果,在锥尖区域建立了来流雷诺数与努赛尔数之间的关联式;在除锥尖外的其他区域建立了旋转雷诺数与努赛尔数之间的关联式。     

翼型表面粗糙度对结冰的影响分析

飞机的结冰表面出现微小的凹凸不平,即形成所谓的粗糙度,对飞机气动性能产生一定的影响。在考虑表面粗糙度时,针对对流换热系数的计算建立了热力学模型,同时对只有单个粗糙微元的表面进行了流场计算和表面对流换热效果分析;然后利用边界层积分方法,对某一翼型光滑表面和不同程度的粗糙表面分别进行了流场计算、对流换热系数计算以及结冰冰形的模拟仿真。结果表明：结冰表面粗糙度很大程度增强了表面的对流换热效果,导致在翼型前缘位置结冰厚度更大、冰角突出更为明显并且距离驻点区域更近。     

水平同心旋转套筒内的混合对流

 用数值模拟法研究了水平同心套筒内、外筒加热旋转时的流动和传热特性,提出了旋转流抑制自然对流的物理机制,进一步验证了对流换热可比拟为具有内热源的导热问题。     

来流湍流度及端壁效应对涡轮叶片上对流换热的影响

利用大尺寸低速开式叶栅风洞对涡轮叶片表面的对流换热进行了实验测量,叶片高度方向布置了3个测量位置,距端壁距离分别为5mm,30mm及150mm.重点对比研究了高来流湍流度、端壁效应及来流雷诺数对涡叶片中部及根部区的过渡起始点、过渡区长度及换热的影响。实验参数范围是:来流湍流度Tu=0.75～13.5%,来流雷诺数Re=60000～240000.      

多斜孔壁冷却方式小孔内对流换热研究

研究了多斜孔壁冷却方式小孔内对流的局部和平均换热情况。研究方法是相似理论指导下的实验研究。研究结果表明:小孔进口区的换热增强幅度较大,并且在进口区不同的位置上增幅存在差别;孔内雷诺数对换热增强幅度影响较大,孔内雷诺数越高,换热增强越大。      

求解非稳态对流占优问题的非标准无网格Galerkin方法

用θ加权法离散时间域,并将四种稳定化方案与无网格Galerkin方法相耦合进行空间域的离散。在无网格Galerkin方法中,采用线性基和具有连续的权函数,基于移动最小二乘法构造了高阶导数连续的形函数,从而避免了有限元方法中采用线性元插值时,因忽略稳定项中二阶导数项而降低计算精度的问题。数值计算表明:本文构造的方法成功地消除了非定常对流扩散方程中对流项占优时的数值伪振荡现象,并具有计算精度高、稳定性好、算法实施简单、前后处理方便的优点。特别是所构造的MFLS方法非常适宜于求解非定常的对流扩散方程。     

条缝肋管风冷换热器传热系数计算及最佳设计

介绍了近似计算空调常用条缝肋片管风冷换热器传热系数及流动阻力的数学模拟, 计算方法和试验比较吻合, 说明计算方法是可行的、实用的。对风冷换热器进行优化设计和原产品对比, 效果明显, 说明优化设计是可行的。      

关于环形多孔介质内自然对流中分叉现象的理论分析

本文在文献［２］的基础上，进一步从理论上研究了环形多孔介质内自然对流中的分叉现象。通过稳定性分析，得到了临界分叉点的理论估计值。结果表明本文所采用的线性稳定性分析方法在研究这种分叉现象时是有效的．从而为一些更复杂的分叉现象的理论研究提供了一条可能的途径。     

垂直平板层流自然对流的群论分析

本文对由热、质最扩散和化学反应引起的垂直平板定常层流自然对流问题用Ｍｏｒｇａｎ变换群理论进行了分析，得到了壁面温度和浓度分布均按变化时的相似性方程组，并用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法和Ｎａｃｈｔｓｈｅｉｎ－Ｓｗｉｇｅｒｔ迭代法，在Ｐｒ＝０．７２和不同的施密特数Ｓ＿ｃ、反应阶ｎ和参数Ｐ、Ｑ下进行了数值求解。给出了相应的速度分布、温度分布和浓度分布曲线。     

重力仪散热装置的热仿真分析

随着移动平台重力测量精度的不断提高,对重力仪的温度控制提出了更高的要求。为了实现在不同温度环境下的高精度重力测量,本文设计了一种保温散热装置,为重力仪提供第一级温控。利用Fluent软件分别模拟了0℃,22℃和40℃环境温度下此装置内重力仪系统的温度场,并在此基础上,利用高低温箱完成该装置的温度性能实验,验证了此温控方案的可行性。     

强制对流对 Al-4.5wt%Cu 合金枝晶生长的影响

研究了ACRT（坩埚加速旋转技术）对Al-4.5wt%Cu合金在静态温度梯度GL为120℃/cm时枝晶生长的影响。实验发现,在给定抽拉速度下,枝晶一次间距λ1随着坩埚旋转强度的增大而减小;而在给定的坩埚旋转参数下,λ1随着抽拉速度的增大而降低。经过线性回归,发现λ1∝V-b,此处V为生长速度;b的取值范围为0.31～0.38,并随着坩埚旋转强度的增大而减小。此外,坩埚加速旋转产生的强制对流限制了枝晶高次分枝的生长,促使一次枝晶生长过程中的分叉。通过对强制对流的具体分析,解释了ACRT对枝晶生长影响的机理。     

Interior Evolution of Mercury

The interior evolution of Mercury—the innermost planet in the solar system, with its exceptional high density—is poorly known. Our current knowledge of Mercury is based on observations from Mariner 10’s three flybys. That knowledge includes the important discoveries of a weak, active magnetic field and a system of lobate scarps that suggests limited radial contraction of the planet during the last 4 billion years. We review existing models of Mercury’s interior evolution and further present new 2D and 3D convection models that consider both a strongly temperature-dependent viscosity and core cooling. These studies provide a framework for understanding the basic characteristics of the planet’s internal evolution as well as the role of the amount and distribution of radiogenic heat production, mantle viscosity, and sulfur content of the core have had on the history of Mercury’s interior. The existence of a dynamo-generated magnetic field suggests a growing inner core, as model calculations show that a thermally driven dynamo for Mercury is unlikely. Thermal evolution models suggest a range of possible upper limits for the sulfur content in the core. For large sulfur contents the model cores would be entirely fluid. The observation of limited planetary contraction (∼1–2 km)—if confirmed by future missions—may provide a lower limit for the core sulfur content. For smaller sulfur contents, the planetary contraction obtained after the end of the heavy bombardment due to inner core growth is larger than the observed value. Due to the present poor knowledge of various parameters, for example, the mantle rheology, the thermal conductivity of mantle and crust, and the amount and distribution of radiogenic heat production, it is not possible to constrain the core sulfur content nor the present state of the mantle. Therefore, it is difficult to robustly predict whether or not the mantle is conductive or in the convective regime. For instance, in the case of very inefficient planetary cooling—for example, as a consequence of a strong thermal insulation by a low conductivity crust and a stiff Newtonian mantle rheology—the predicted sulfur content can be as low as 1 wt% to match current estimates of planetary contraction, making deep mantle convection likely. Efficient cooling—for example, caused by the growth of a crust strongly in enriched in radiogenic elements—requires more than 6.5 wt% S. These latter models also predict a transition from a convective to a conductive mantle during the planet’s history. Data from future missions to Mercury will aid considerably our understanding of the evolution of its interior.