航空柱塞泵全工况效率分析及热力学建模

针对航空柱塞泵全工况热力学建模问题,在泵功率损失分析和传热分析的基础上建立了柱塞泵的热力学模型.考虑负载压力、输入转速、斜盘倾角和油液粘度影响,得到了泵功率损失模型.对泵传热进行了详细分析,采用控制体温度变化方程建立了描述泵各部分温度变化的热力学模型.对包含柱塞泵的简单液压系统采用Dymola进行了仿真计算,得到了不同输入转速和负载压力下泵效率及功率损失,分析比较了不同输入转速和供油流量下泵各部分温升情况.结果表明:泵效率及功率损失受输入转速和负载压力影响,在不同输入转速和供油流量下泵表现出不同的温升特性.     

气体微流量标准装置的测控系统和实验研究

气体微流量标准装置的测控系统在计算机控制下,采用电容薄膜规、光栅尺、铂电阻温度计等高精度传感器测出变容室内气体的压力、体积变化、温度等参量;并在流量测量的动态过程中将变客室内气体的压力波动控制在±０．０１％之内;工作软件实现了对气体微流量标准装置的计算机自动化控制和管理。气体激流量标准装置可以标准１７．１～１．２２×１０－５ＰａＬ／ｓ范围内的气体流量,校准不确定度小于１．９３％;目前它已用于标准漏孔的标定和实用型气体流量计的校准工作中。     

微重力条件下初始液氢温度对低温推进剂贮箱气枕压力的影响

自生增压液氢推进剂贮箱在轨滑行阶段将长期（数百秒）处于微重力环境下，其贮箱压力受多种因素影响.液氢低温推进剂接近饱和温度时，因传热等影响而极易产生相变，从而影响贮箱压力.通过建立贮箱三维CFD模型，研究了不同初始液氢推进剂温度对于贮箱压力和温度变化等的影响.计算结果表明，气液界面附近推进剂温度与当前气体压力下饱和温度之差（过冷度）越大，压力下降速率越大.随着气体压力下降，气枕温度降低，压力下降速率也逐渐减小，压力变化曲线趋于平缓.在初始液体推进剂温度低于平衡温度的情况下，初始液体推进剂温度越高，平衡压力越高.      

组合光学太阳反射镜的热辐射性能测量

用量热计法测量了通信广播卫星上用的光学太阳反射镜（ＯＳＲ）的太阳吸收比αｓ和半球发射率εＨ。为了准确计算卫星的温度分布,测量的是组合ＯＳＲ样品的热辐射性能。作为对比,同时还用量热计法和光谱法测量了单片ＯＳＲ的太阳吸收比,并且对各个测量结果及其差异进行了分析。分析表明,不应当将单片ＯＳＲ的法向太阳吸收比αｓ作为设计参数,否则将在温度计算中引起较大误差。     

一种小型化无线传感网络的设计

采用zigbee技术实现基于mems传感器的无线传感网络节点小型化设计,组成的小型化系统可用于航天器各仓段内部温度、湿度、压力、加速度等状态参数的监测。小型化无线传感网络采用集中供电方式即可以减小节点体积,又便于后续电池更换。传感器信号无线传输方式,可以大大减少航天器电线电缆的数量、减小布线带来的困难及航天器总体质量。     

压降检漏法的影响因素及改进措施

介绍了压降检漏法的基本原理、漏率的误差分析,分析了常用压降检漏存在的问题。通过增加保压时间,选择高分辨率和高精度的测温计和压力计,可提高测试灵敏度。当被检件中的气体温度低于露点温度时,水蒸汽压影响测试精度。采用直接称重法确定被检件的有效容积,可减少测试误差,通过多次测量平均漏率可降低测试数据的偏差。     

压力传感器膜片表面温度的测量和分析计算

用红外热成象技术测量应变式压力传感器工作时的膜片温度分布,以判断由于电阻应变片工作时温度变化对测量准确性的影响。测量中为获得应变片的真实温度,作了表面喷黑处理。对于实用的3MPa和0.6MPa的压力传感器,在不同工作介质(空气和变压器油)及工作电压条件下进行了测量,其结果表明:应变片表面温度随工作电压增高而加大,且不均匀。以空气为介质的温度高于以变压器油为介质的温度。据此可以确定对压力测量准确度的影响。还用有限差分方法对压力传感器膜片表面温度作了数值分析计算。     

螺杆空压机加卸载工况下节能运行分析

介绍了螺杆空压机的消耗功率,分析了空压机排气压力对其容积效率的影响,得到了空压机容积流量的计算方法,建立了螺杆空压机的运行能耗模型.在加卸载运行工况下,利用MATLAB对其运行过程、运行能耗进行仿真,通过仿真证明了存在最优的卸载压力线,使其运行能耗最小化.最后结合螺杆空压机加卸载运行频率和最优卸载压力线,给出了其在加卸载运行工况下最优控制方案.     

纳米复合相变材料熔化过程数值模拟

相变储能技术在航空航天等领域具有广泛的应用前景,但是相变材料导热性能差制约了其工程化应用。高导热的纳米材料能够有效提高相变材料的导热性能。为了对其相变现象进行更精细的模拟分析,基于Maxwell-Garnett等效介质理论（EMT）建立3种具有代表性结构的纳米复合相变材料详细物性参数,将流体体积（VOF）模型与焓-多孔介质模型相耦合,在考虑相变材料体积膨胀的情况下,数值模拟了纯石蜡、添加不同体积组分金刚石纳米粒子（ND）、单壁碳纳米管（SWCNT）和石墨烯纳米片（GnP）的纳米复合相变材料在定温边界条件下的固液相变过程。结果表明:相变材料熔化过程中对流效应主要分布在临近固液相界面、临近加热壁面及临近气液两相交界面这3个区域;3种纳米粒子中GnP的导热强化效果最佳,相比纯石蜡,添加体积分数为3%的GnP纳米复合相变材料固相导热系数提高了486%,相变材料的熔化时间缩短了69%;升高壁面温度能够有效缩短复合相变材料的熔化时间。      

基于硬脂酸复合相变材料的被动热沉性能

固液相变储能材料的被动热沉广泛应用于航空航天及军事装备领域。针对高热流密度电子芯片的被动温控问题,对比实验验证了单温度和双温度2种数值模拟方法对基于泡沫铜/硬脂酸复合相变材料被动热沉控温过程模拟的准确性。结合基于Maxwell-Garnett模型的EMT建立了石墨烯纳米片/硬脂酸复合相变材料物性,采用更为精确的双温度数值模拟方法分析了不同导热强化方式的控温效果,并研究了环境温度对热沉控温效果的影响。结果表明:高热流密度下的相变温控过程采用双温度数值模拟更为精确;当导热增强体的体积组分相同时,提高泡沫金属的孔密度对相变温控效果提升有限,而同时采用泡沫金属与石墨烯纳米片能更有效改善相变控温效果;环境温度的剧烈变化对温控时间和控温温度均能产生影响。      

天舟一号空间冷凝实验装置地基冷凝实验

天舟一号（TZ-1）蒸发与冷凝实验装置地面科学匹配实验是优化空间实验参数与两相试验系统技术参数的重要环节.通过地面科学匹配冷凝实验,控制冷凝实验输入条件,观察条件变化给非稳态冷凝换热带来的影响,可为空间实验数据处理提供修正依据.实验内容主要包括:改变冷凝台和蒸气温度,获得换热系数随时间变化的规律,从而指导空间实验数据采集和液池加热;通过实验验证蒸气压力对液膜换热系数的影响.实验还证明了冷凝台温度、蒸气温度、抽气压力等对换热系数也都有很大影响.地面科学匹配实验对于完善实验装置、优化工况与实验参数以及提高实验可靠性具有指导意义.      

Biosphere 2 Test Module: a ground-based sunlight-driven prototype of a closed ecological life support system.

Constructed in 1986, the Biosphere 2 Test Module has been used since the end of that year for closed ecological systems experiments. It is the largest closed ecological facility ever built, with a sealed variable volume of some 480 cubic meters. It is built with a skin of steel spaceframes with double-laminated glass panels admitting about 65 percent Photosynthetically Active Radiation (PAR). The floor is of welded steel and there is an underground atmospheric connection via an air duct to a variable volume chamber ("lung") permitting expansion and contraction of the Test Module's air volume caused by changes in temperature and barometric pressure, which causes a slight positive pressure from inside the closed system to the outside thereby insuring that the very small leakage rate is outward. Several series of closed ecological system investigations have been carried out in this facility. One series of experiments investigated the dynamics of higher plants and associated soils with the atmosphere under varying light and temperature conditions. Another series of experiments included one human in the closed system for three, five and twenty-one days. During these experiments the Test Module had subsystems which completely recycled its water and atmosphere; all the human dietary needs were produced within the facility, and all wastes were recycled using a marsh plant/microbe system. Other experiments have examined the capability of individual component systems used, such as the soil bed reactors, to eliminate experimentally introduced trace gases. Analytic systems developed for these experiments include continuous monitors of eleven atmospheric gases in addition to the complete gas chromatography mass spectrometry (GCMS) examinations of potable, waste system and irrigation water quality.     

高速高压宽温域动压密封动环端面微变形及其改善方法

针对高速高压高温/低温工况下动压密封变形问题,以动压密封的典型结构为研究对象,考虑动环的支撑和约束,建立热固耦合分析模型,研究热载荷、力载荷和约束对动环端面微变形的影响,并提出动环端面微变形改善方法。结果表明:多载荷共同作用时,温差对动环端面微变形影响最大,其次是转速和压力;在2种情况下,动环端面微变形受温度值的影响很小,主要与温差有关;相比低温,动环端面微变形更易受高温的影响,单位温差的变形变化量为3~4倍;动环形心距旋转中心越远,动环端面微变形受转速影响越大,且呈抛物线关系;动环端面微变形与压差呈线性关系。对高速高压宽温域的动压密封,控制动环端面微变形,首先,应降低动环的温差;其次,若转速够高,应适当增加动环厚度,通过扩大形心变化区域能增加86%的动环端面微变形范围,若转速不够高,通过合理的结构设计约束动环内表面以控制动环翻转,最大能降低65.2%的动环端面微变形;最后,合理设计的轴向压紧力能进一步确保动环端面微变形维持在极小范围内。      

小型仿生人工手指触觉感知系统设计

针对目前触觉传感器电路复杂、体积大等问题,设计了一套基于导电液的小型仿生手指感知系统,实现了同时测量温度、三维力、压力等物理信息的功能。系统由单片机数据采集电路、触觉电极阵列电路、温度传感电路和压力传感电路等组成。针对被采集信号的特征,设计了信号调理电路,对信号进行了转换及滤波;设计了FPC接口和板对板接口,将各硬件模块进行了有效的衔接,使得电路结构实现了高度一体化;为了实现数据处理和传感器融合,将由手指传感器测量的触觉感知信息通过USB传输给了上位机,并设计了上位机软件,以显示和存储采集到的数据。实验结果表明,该系统能够实现对温度、压力、三维力数据的快速采集、传输和处理。     

空间与地面炉内压力和加热功率对炉内温场的影响

天宫二号空间综合材料实验装置的炉内压力和加热功率均影响炉内温场.针对空间与地面对比实验,分析了炉内压力和温场相同时炉丝加热功率的变化,以及炉内温场和炉丝加热功率相同时炉内压力的变化.地面实验时,炉内气体被炉丝加热后,由于重力作用产生对流,从而影响炉膛温度.炉内压力为1atm时,空间与地面实验的加热功率比约为97.5%.空间实验时,由于对流效应减弱,炉内压力变化对其最高温度影响减小.空间与地面的对比实验结果表明,地面炉内压力为空间炉内压力（1atm）的50%时,空间与地面实验的加热功率和温场等参数接近一致.这对于空间高温材料实验装置设计具有重要指导和参考意义.      

正压漏孔校准装置定容室容积测量方法研究

提出了一种正压漏可孔校准装置的定容室容积测量方法,通过在定容室上外接一个容器,并在其内部放置一个体积可以精确计量的金属棒,利用两次膨胀,计算出定容室的容积。该方法的优点是,不需要测量外接容器的容积,也不需要对压力测量值进行绝对校准,测量不确定度小,尤其适合小容积的精确测量。采用这种方法对一台恒压式正压漏孔校准装置的定容室容积进行了测量,分析了测量不确定度,实验结果表明,定容室的容积为9.85 mL,标准不确定度为0.81%,满足了装置的测量要求。     

抽吸气流量对催化惰化系统性能影响

基于耗氧型惰化系统惰化原理,建立了绿色低温催化惰化系统（3CGIS）的AMESim仿真模型,研究了绿色低温催化惰化系统抽吸气流量对惰化时间的影响,以及飞行包线内燃油箱气相空间氧气体积分数变化。将计算结果与试验数据进行对比,结果表明,飞行包线内燃油箱气相空间氧气体积分数计算结果与试验结果基本一致,验证了仿真模型的正确性。在此基础上,得到抽吸气流量与惰化时间近似呈反比关系;当惰化时间一定时,抽吸气流量随载油率的降低而增加;针对下降阶段燃油箱气相空间氧气体积分数可能超过12%,提出一种双流量惰化模式设计方法,可保证氧气体积分数在整个飞行包线内低于12%。仿真结果为绿色低温催化惰化系统的设计与优化提供了依据。      

重力对植物细胞生长的效应

从地基研究植物向重性和在神舟八号卫星微重力条件下培养植物细胞出发,探讨重力变化对植物细胞发生作用时产生的生物学效应.已有结果显示,在植物向重性反应和处于失重状态时,重力方向和大小变化对细胞壁代谢具有一定影响.推断细胞形状的维持是由细胞壁的刚性与细胞内膨压平衡所致,当细胞膨压大于细胞壁刚性导致上述平衡打破时就会引起细胞体积增大.因此,重力的变化可能会通过影响植物细胞壁刚性与细胞内膨压的平衡影响细胞生长.      

求解等温相变问题的解耦法

基于焓法模型导出了一种求解等温相变问题的简单计算模型.计算模型将温度场与液相分数场进行解耦,即可分别求解出相变控制体和非相变控制体的温度;以长方体容器为例,用计算模型进行计算并将计算结果与实验数据及焓法计算结果进行对比验证,结果吻合的很好;利用计算模型,对长方体容器和圆柱体容器内相变材料熔化时间进行数值计算比较.结果表明,在容器体积和特征尺寸相同的条件下,长方体容器内相变材料的熔化时间几乎只有圆柱体容器的一半.