机载热管冷板振动与加速度试验研究

为了考察机载振动与加速度环境对热管冷板传热性能的影响,以不同结构形式的普通铜水热管冷板与微热管阵列冷板为研究对象,搭建振动与加速度试验台进行试验。试验结果表明:Z向振动与加速度较X向与Y向对热管冷板传热性能的影响大,但振动的影响基本可以忽略,微热管阵列冷板受加速度的影响大于双U型普通热管冷板;加速度量级的增加对热管冷板传热性能的影响较小;双U型普通热管冷板在振动与加速度条件下的性能最优。     

CVI SiC涂层对碳泡沫性能影响

通过化学气相沉积法在柔性碳泡沫骨架上沉积生长碳化硅涂层,研究碳化硅涂层对泡沫材料的力学性能以及隔热性能的影响。利用SEM、XRD、压汞仪、电子万能试验机及导热分析仪分别对碳泡沫复合碳化硅涂层前后的微观形貌、物相组成、孔隙结构、抗压强度及导热系数进行测试。结果表明,碳泡沫骨架表面生长β-碳化硅涂层,随着碳化硅厚度增大:三维泡沫骨架结构存在的孔隙尺寸减小,孔隙率从99.68%下降至58.39%;泡沫试样压缩特性由类弹性形变转变为塑性形变,压缩强度从0.02MPa增至3.14MPa;单位热量传递截面积增大,传热量增大,试样导热系数从0.026 W/(m·K)升高至0.101 W/(m·K)。     

穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击性能试验研究

针对普通泡沫夹层复合材料层间性能较弱的问题，提出在泡沫上预先打孔的方法，在泡沫芯材中形成胶钉从而提高泡沫夹层材料的力学性能，并对穿孔泡沫夹层复合材料的低速冲击性能进行了研究。通过手糊和真空辅助成形工艺制备穿孔泡沫夹层复合材料试验件，对其进行不同能量的低速冲击试验，记录接触力、冲头位移和能量吸收率等力学响应，并采用目视检测和超声C扫无损检测两种方法确定冲击损伤的范围，探究胶钉密度、打孔深度和泡沫槽宽等变量对穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击阻抗性能的影响。试验结果表明，随着冲击能量的增加，最大接触力、最大冲头位移和残余变形均增加，凹坑深度和内部损伤面积也增大，同时结构的能量吸收率也有所提高；适当地增加胶钉密度和泡沫槽宽能提高穿孔泡沫夹层材料的低速冲击阻抗性能，而泡沫孔深度对其冲击性能的影响较小。     

柔性电极电火花强化钛合金表面性能

采用旋转的柔性铜电极与钛合金表面在高频脉冲电源的作用下进行电火花表面强化,使空气中的氧等元素在放电形成的高温高压条件下与钛合金表面发生反应。结果表明:该试验条件下可以使钛合金表面硬度相对基体提高237%～399%;强化层厚度达到21～157μm;通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,在钛合金表面生成了钛的氧化物等强化物质和钛与铜、锌等的合金;强化表面不存在明显的传统放电蚀除凹坑,但有明显机械刮磨涂覆痕迹,同时单脉冲放电能量被分散,使得表面粗糙度值的提高量较小且可控;在氢氟酸和硝酸混合溶液中,强化层具有较高的抗腐蚀能力,经过点面磨损测试表明,强化层表面耐磨性能相对于基体表面有显著提高。经强化,能够获得具有良好耐磨性、抗腐蚀性、表面良好的钛合金。     

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。     

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。     

不同电流密度对304不锈钢表面多孔铜层影响

在304不锈钢表面采用电沉积方法制备了多孔结构铜层,研究了不同电流密度对镀层微观形貌、厚度、孔隙率以及比表面积的影响。结果表明通过控制沉积电流密度能在304不锈钢表面获得颗粒状、树枝状和针状形貌的不同镀层;随着电流密度的提高而镀层厚度增大,但彼此不是线性关系,随着电流增加,镀层厚度增速变缓;镀层孔隙率随电流密度增加而增加,当电流密度达到6 A/dm~2后,镀层孔隙率维持在93%～96%之间;镀层比表面积随着电流密度的增加呈现先快速增加,然后缓慢增加趋势,10 A/dm~2条件下的镀层比表面积是4 A/dm~2的10倍。     

冲击载荷作用下泡沫铝材料模型的参数研究

通过霍布金森杆冲击试验,研究将修改后的Liu与Subhash关于聚合物泡沫的本构模型应用于泡沫铝材料的可行性,对不同相对密度下的材料模型参数进行拟合,并研究参数变化对应力应变关系的影响.结果显示:该本构模型可以应用于泡沫铝材料模型的研究;材料相对密度和模型参数变化对应力应变关系影响比较大;拟合曲线和试验曲线基本吻合,拟合得到的参数值对工程具有一定的参考价值.     

类多孔结构超轻高效换热器流动传热特性研究

针对航空发动机热管理系统的需求,提出了一种基于3D打印技术的正八面体类多孔结构换热器,并对其内部的流动传热问题开展研究。通过研究发现,正八面体类多孔结构可以有效提高换热器的效能。但随着结构系数C_e的减小,管外流阻会急速增加。当C_e减小到10后,管外阻力系数增大到光管的18.2倍。为此,本文开展了换热器内部的结构优化,在提高内部换热的情况下,尽可能减小换热器管外空气侧流阻,使得换热阻力综合系数ψ值达到最优。     

双曲线圆截面建筑结构雷诺数效应模拟实践

在流线型结构气动性能风洞试验研究中,结构表面绕流特征雷诺数效应的准确模拟对于确定风荷载、评价其气动性能的影响是决定性的.通过改变模型表面粗糙度可以实现原型结构超高雷诺数条件(Re≥10~7)绕流效应模拟,但模拟手段及效果受人为经验因素影响较大,难于总结表面粗糙度与绕流形态变化关系,给实际模拟操作造成不便.设计两组双曲线圆截面结构模型风洞试验,通过在模型表面粘贴不同厚度粗糙纸带的办法,尝试并实现了模型超高雷诺数条件绕流特征模拟,分析了粗糙度及试验风速对模型表面绕流压力分布、截面阻力系数等参数的影响,初步总结了相对粗糙度随模型尺度的变化规律,为更好展开圆截面建筑结构气动性能研究提供了借鉴.     

基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。     

典型C/CSi盖板隔热结构优化分析

针对典型环境条件下C/CSi盖板隔热结构进行瞬态有限元传热分析,模拟隔热结构内部的辐射和传导复合传热,建立相应质量分析模型.通过对双层纤维隔热结构进行传热分析,得到隔热层体积比变化对隔热性能的影响规律.针对双层纤维C/CSi盖板隔热结构,以各层纤维材料体积比和厚度值为变量,实现底层结构温度和隔热结构质量的优化.分析发现当质量和隔热层厚度一定时,小体积比薄外层隔热纤维与大体积比厚内层隔热纤维匹配能达到较好隔热效果;而在温度限制条件下,各层纤维体积比相对一致时结构总体质量最轻.     

黄麻纤维表面原位沉积纳米SiO2工艺以及机理探究

采用超声-溶胶凝胶法在黄麻纤维表面原位沉积纳米SiO_2,通过红外光谱分析,微观形貌分析以及沉积量测试,讨论了不同工艺参数对纳米SiO_2沉积效果的影响。结果表明:随着正硅酸乙酯(TEOS)浓度或氨水浓度的增加,纳米SiO_2的沉积量逐渐增多,粒径逐渐增大;随着沉积温度的升高,纳米SiO_2的沉积量逐渐减少,粒径逐渐减小;与沉积温度为20℃相比,当沉积温度为60℃时,纳米SiO_2的沉积量减少了36.4%、粒径减小了37.8%;沉积时间主要影响纳米SiO_2的沉积量,对其粒径的影响不明显。通过实验探究了纳米SiO_2成核与生长的机理:黄麻纤维表面的孔隙结构为纳米SiO_2提供了成核位点;TEOS经过水解缩合反应形成短链交联结构,通过氢键或化学键沉积于黄麻纤维表面的孔隙中;短链交联结构经过成核与生长过程,逐渐形成纳米SiO_2颗粒。因此,通过对工艺参数合理地选择,可以调控纳米SiO_2在黄麻纤维表面成核与生长阶段的形貌与沉积量。     

电子设备散热用平板式热管的实验研究

平板式热管是一种广泛采用的电子元件散热设备。本文对平板热管的热性能进行了实验研究,用加热电阻来模拟电子设备发热元件,采用热电偶来测量热管表面的温度。对电子设备散热用平板热管的起动响应时间,一定工况下的平板热管温度分布、温度均匀性和传热效果进行了实验研究,并与相同工况的平直肋片固体散热块进行了试验对比,证明平板式热管具有重量轻、起动快、传热效率高,均温性能好等优点。但在低功率时,平板热管的散热性能差于散热块。同时,考察了重力对不同方向热管传热性能的影响,认为具有吸液芯的平板热管可推广运用于航空机载电子设备散热。     

一种高散射率PIV实验用示踪粒子的制备

采用化学镀银的方法在空心玻璃微珠表面包覆一层金属银,使其表面具有足够高的光散射效率和合适的密度,作为示踪粒子用在PIV（Particle Image Velocime时）实验中。文中研究了相关化学镀银工艺参数对所制各示踪粒子密度的影响,并对所制各的示踪粒子进行了流场测试评价,结果表明：采用在空心玻璃微珠表面镀银的方法,可以获得性能优异的PIV实验用示踪粒子。     

不同碳材料对铜基复合材料组织和性能影响研究

本研究以石墨片、碳纳米管、石墨烯和氧化石墨烯为增强碳材料,采用复压复烧法制备了质量分数为0.5%的不同碳材料/铜复合材料,并分析了各复合材料的显微组织、相对密度、显微硬度与拉伸性能。微观组织观察表明,石墨片、碳纳米管和石墨烯在复合材料中均存在团聚,而氧化石墨烯的分散性较好。纯铜及不同碳材料/铜复合材料的相对密度较高,其值均在96.74%以上。不同碳材料/铜复合材料的显微硬度均高于纯铜,除石墨/铜外,其余碳材料/铜复合材料的抗拉强度均大于纯铜,主要强化机制为细晶强化和位错强化。然而由于碳-铜的结合力较弱,所有碳材料/铜复合材料的断后伸长率均小于纯铜。综合比较发现,以氧化石墨烯为增强材料制备的还原氧化石墨烯/铜复合材料的性能最佳,其相对密度、显微硬度、抗拉强度均为最大,分别为99.04%、71.2 HV、229.22 MPa,断后伸长率达到了66.8%。     

防热瓦式防护系统缝隙热控设计规律

建立了热防护系统(Thermal protection system,TPS)缝隙气动热分析的计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模型,将缝隙热流密度分布情况与平板热流进行了对比,结果表明由于缝隙的存在缝隙上端出现了热流峰值,并且缝隙迎风面热流密度大于背风面热流密度,缝隙热流密度主要集中在缝隙上端与缝隙宽度相当的区域内;采用分析获得的缝隙热流密度建立了缝隙热控分析的有限元传热模型,结果表明缝隙气动热和缝隙类空腔辐射会造成机体表面温度的升高,是造成缝隙热短路现象的原因;最后研究了缝隙几何形状(缝隙宽度、缝隙倒圆角以及缝隙台阶)对缝隙热控性能的影响,分析结果表明随缝隙宽度增加,机体表面最高温度升高。随缝隙倒圆角半径增加,机体表面最高温度降低。随缝隙台阶高度增加,台阶正差时机体表面最高温度升高,台阶逆差时机体表面最高温度降低。     

不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性（英文）

超疏水光热防除冰表面作为一种新兴的防除冰手段，在防除冰领域具有巨大的应用潜能。本研究通过数值模拟和物理实验相结合的手段研究了不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性。基于有限元模拟，得到了纳米颗粒的粒径、种类、体积分数、涂层厚度及微纳复合结构表面的结构参数对表面光热转化效率和升温效果的影响。另外，考虑了微柱和微锥两种微纳复合结构，数值结果表明微纳复合结构具有更好的光热特性，微锥结构的光热特性最好。同时，详细讨论了微结构尺寸参数，如特征尺度和高宽比，对表面吸收率与光热转化效率的影响。光照升温和融冰试验结果表明制备的超疏水光热表面能够实现高效的光热转化和防除冰功能，最优结构的表面在一个太阳光照条件下的温升可以达到45℃。本研究的研究工作可以为防除冰材料的优化设计提供参考。     

环形液池浮力-热毛细对流表面振荡现象的临界温差

对于上部开口的环形液池,加载径向温度梯度将使气液接触面上表面张力分布不均匀,耦合于地面的重力作用,将会驱动薄层流体形成浮力-热毛细对流.当径向温度差△T达到某一临界值△Tc时,一定厚度的液层表面就会出现具有一定规律的振荡现象.实验采用高精度激光位移传感系统,测量了液池表面某点位移随液层厚度h和径向温差△T的变化曲线,讨论了浮力-热毛细对流表面振荡的临界温差及两种驱动力的耦合问题,进行了表面畸变参数的无量纲分析,考虑了起始环境温度对临界温差的影响,推导了振荡相对较强时液层的厚度范围.     

微小尺度通道内超临界甲烷传热特性研究

研究微小尺度通道内超临界甲烷的传热特性对于碳氢燃料预冷器精细化设计具有重要意义。本文利用实验方法探究了热流密度、质量流量以及系统压力等边界条件对微细圆管内超临界甲烷传热特性的影响规律,并结合数值方法分析了跨临界传热强化的主要原因。结果表明:在实验工况范围内,当超临界甲烷温度接近拟临界温度时均产生了不同程度的传热强化现象,且质量流量和系统压力变化对换热系数峰值的影响更大。传热强化产生的原因主要有两点,一是在拟临界点附近较大的径向密度梯度导致了浮升力的产生,进而在浮升力和重力的共同作用下生成二次流,增强了流体掺混;二是此处的超临界甲烷定压比热急剧增加,增强了自身的载热能力。最终,根据实验结果提出了适用于微细圆管内超临界甲烷对流换热预测的经验关联式,以期为碳氢燃料预冷器精细化设计提供模型依据。