煤油加热器螺旋管内煤油传热特性分析

针对燃气加热方式的煤油加热器,为预测其工作性能参数发展了一维传热分析程序,试验验证最大误差为9.7%,结果较为准确。利用该程序研究了煤油加热器流动传热规律及多个因素对其工作特性的影响规律。研究结果表明,典型工况下,煤油从入口到出口温度升高,雷诺数由5.94×104升高至2.39×106,普朗特数由11.2降低至1.4,存在数量级变化,说明对流换热情况复杂;煤油速度逐渐增大,高温区停留时间短,仅为0.28s,结焦影响小;燃气温度、煤油流量和燃气流量是影响其加热能力的主要因素,其作用大小依次降低,而煤油压力和燃气压力对传热过程影响很小。该方法可以有效预测煤油加热器的工作能力。     

子午修型对1.5级大子午扩张涡轮端区流动传热性能影响研究

大子午扩张涡轮由于子午型线扩张度较大,因而易导致端区边界层分离及热集中,针对这个现象,采用数值模拟方法,并采用正弦曲线对某型1.5级大子午扩张涡轮子午型线采取了8种修型方案,研究子午修型对于端区流动传热性能的影响。计算结果表明,子午修型可以有效地控制端区的分离流动,从而影响着通道涡与脱落涡强度及位置,也影响着端壁及叶片上热负荷分布。在本文研究条件下,振幅为三分之一叶片最大厚度的前凹后凸子午型线有效地减弱了脱落涡引起的损失,进而使整体总压损失减小6.06%,并可以减弱端壁及叶片传热集中,使叶片最大热负荷减轻21%。     

液氮贮箱常压停放实验与数值仿真

为研究低温推进剂的常压停放过程,设计了可视化液氮贮箱实验系统。实验中研究充填率和环境温度对液氮汽化量的影响,并测量贮箱内流体和贮箱外壁面的温度随时间和位置的变化。实验得出贮箱常压停放过程,相变主要在壁面和气液界面产生,并且气枕区存在温度分层,距出口位置越近温度越高;而液体区温度基本一致,处于饱和状态。贮箱外壁面在轴向的温度分布显著不同,处于液体区壁面温度低。运用分子动力学推导出的Hertz-Knudsen公式作为气液相变的传热传质源项,并据实验测得温度边界条件,采用混合物模型对贮箱常压停放状态进行30 min的数值仿真。仿真得到结果显示体积汽化速率与实验数据的偏差在5%以内,液体区的温度仿真与实验的偏差在0.15 K左右。      

火箭发动机增压系统关键换热参数辨识

针对火箭增压系统设计过程中关键换热参数难以确定的问题,提出1种基于混沌自适应粒子群算法（ACPSO）的增压系统换热参数辨识方法。建立了考虑换热模型的液体火箭增压系统非线性数学模型,通过灵敏度分析筛选出待识别参数,采用含有早熟抑制和惯性权重自适应调节策略的粒子群方法对选定参量进行辨识,对引入了权重衰减机制的均方根目标函数进行优化。结果表明：辨识后的仿真曲线与实测曲线具有良好的一致性,氧箱增压电磁阀打开时间仿真值与实测值偏差低于3%,气瓶1次飞行结束温度仿真值与实测值仅相差2.4 K。将辨识结果应用于某相似的新研型号,气瓶设计容积和质量相比绝热假设的设计方案降低了32 L和11.6 kg,有效减少了由设计过度冗余造成的额外试验和设计迭代成本。     

基于点阵和 TPMS 结构的电子器件散热器性能数值模拟研究

随着电子器件集成度显著提高,散热问题愈加突出,为保证电子器件正常工作,对散热器的性能要求愈发严苛,目前强制风冷是最普遍的散热方式,针对传统风冷散热器的翅片结构具有换热面积小、对流换热系数低等缺陷,提出 SC-BCC 点阵和三周期极小曲面(TPMS,W型)2种翅片结构风冷散热器,并对其传热性能开展了数值模拟研究。采用体积平均尺度(REV)数值仿真模型,对大尺寸风冷散热器进行传热性能研究具有较高可靠性,可大幅节省计算资源与成本。数值计算结果显示:在相同孔隙率和人口速度条件下,SC-BCC结构的乐降比 TPMS 结构高27.2%,热流量比TPMS 结构高6.7%。该结果表明在对传热性能需求较高而可接受压降范围较大的情况下可选择点阵结构,相反可选择 TPMS 结构。     

一种裸线热电偶时间常数新公式的仿真和试验验证

为准确获取热电偶测量动态来流温度的响应时间即时间常数,根据能量守恒,考虑热电偶结点的对流、辐射和导热,推 导了热电偶时间常数的新公式。时间常数公式中涉及2个参数α和e,其中与表面辐射相关的参数α通过计算流体力学（CFD）仿 真小球在来流参数变化时的球温动态响应时间拟合获得,而与导热相关的参数e通过CFD仿真S型热电偶在来流参数变化时的热 电偶结点温度动态响应时拟合获得。通过仿真和试验2种方式对时间常数公式进行验证。结果表明：在不同工况下,公式计算和 CFD仿真得到的时间常数误差在20%以内,且仿真结果下的特定工况辐射和导热综合影响,能够使时间常数最低降为仅考虑对流 的33%;采用S型热电偶测量了标准高温燃气,通过对热电偶加载然后撤销电流获得热电偶测温的动态响应曲线和时间常数,试 验与公式获得的时间常数之间的最大误差为-12%,证实了公式的准确性较高。     

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。     

面向航天应用的液态金属相变传热性能研究

为探究液态金属相变材料的适用范围，本文使用数值模拟手段，比较分析了以镓为代表的低熔点金属与以正十八烷为代表的石蜡类相变材料之间的传热性能。结果表明，镓更适用于应对瞬时高热流冲击，即高热流、短时间工作的电子设备散热；而正十八烷适用于低热流、较长时间工作的电子设备控温。此外，单位体积相变材料，镓模块的热控时间长于正十八烷模块；单位质量相变材料，镓模块在短时间内占优，长时间内正十八烷模块占优。针对潜在应用场景进行分析，表明了液态金属相变材料可用于航天天线TR组件和激光器芯片控温。     

“接触-导热”式热管辐射散热器设计与分析

针对空间核反应堆电源中的热排散系统，新设计出“接触-导热”式热管辐射散热器结构，根据此散热器结构提出了“划分节点-分层耦合”的传热计算模型，计算了其辐射散热特性，并以JIMO(木星冰卫星轨道器)空间探测任务为背景，对散热系统整体进行了性能分析与对比。结论如下：为提升单块辐射板以及系统整体的散热性能，除可通过增加NaK⁷⁸入口温度途径外，还可采用增大NaK⁷⁸循环流量的方法；对于单块辐射板而言，散热面积固定情况下当NaK⁷⁸流量由1 kg/s增加至10 kg/s,辐射板散热量可增大14.14%,而对于系统整体而言，散热量固定工况下当NaK⁷⁸流量由1 kg/s增加至10 kg/s,所需辐射板总面积可减小67.73%;为提高系统循环流量，可采用“串-并联”相结合的辐射板连接方式实现；JIMO散热系统采用新型辐射板结构，散热总面积最大可减小59.06%,散热板总质量最大可减小4.24%,新型散热板结构具有一定的高效与轻质性。研究结果对空间堆电源系统热管式辐射散热器设计具有指导意义。