天舟一号货运飞船空间实验装置蒸发相变地面实验

以天舟一号货运飞船为依托,开展空间蒸发相变传热规律的科学实验研究,探索重力对蒸发传热传质过程的影响规律.设计了一套地面蒸发实验平台,以蒸发相变液体FC-72为研究对象,通过红外热像仪测温、热流量计、差分热电偶等手段,观测FC-72液层在不同台面温度、注液量等情况下的相变界面变化、蒸发表面特性、流体物性及Marangoni对流涡胞的变化等,获取其蒸发两相流体的液层温度差、表面温度场、热流量值、蒸发速率和涡胞结构等.实验结果表明:在其他条件不变的情况下,FC-72液层与蒸发台面的温差越高,其蒸发速率越快;注液量越大,蒸发速率也越大;在蒸发过程中出现了浮力对流涡胞和Marangoni对流涡胞.此外,通过地面蒸发实验可以确定空间科学实验选用的实验介质和材料,进而优化确定空间科学实验的工况、参数及流程等,部分地面实验结果也将直接成为天地对比实验的科学成果.      

西科斯基研究“萤火虫”全电动直升机

“萤火虫”全电动直升机演示验证机是西科斯基公司于2010-2011年开展的一项技术创新计划,预计在今年完成相关验证飞行。该机采用了高效率的电动机和数字式控制器、安全高效的高密度储能系统、自动监测和预警技术以及先进的飞控系统。西科斯基公司希望藉此开启载人全电动直升机的新时代。     

卫星复合材料储能／姿控一体化飞轮的设计制造

阐述了卫星用复合材料储能／姿控一体化飞轮的结构设计及制造技术。采用独特的线型设计和结构设计,利用高强碳纤维缠绕技术成型飞轮转子,选用钛合金经精密加工成轮毂,用胶接技术将两者装配胶接为飞轮。通过有限元的方法对飞轮进行了模态分析,一阶基频为956Hz。试验测得的飞轮储能密度为79.8 Wh/kg,达到国内先进水平。
     

低压储能的升浮一体飞行器总体参数研究

升浮一体飞行器是一种综合了太阳能无人机和平流层飞艇特点的新型临近空间飞行器,是航空航天领域研究的热点,可再生燃料电池是升浮一体飞行器最有发展前景的储能装置。针对现有燃料电池中氢气和氧气存储方式的缺陷,充分利用升浮一体飞行器巨大的机身体积,提出了采用低压气囊储气的燃料电池方案,建立了升浮一体飞行器总体参数计算模型,提出常规燃料电池和气囊储气燃料电池的理论计算方法。研究了不同储气方式对升浮一体飞行器的能源系统以及飞行器总体参数的影响。研究表明,采用低压储气方法后,氢气的质量储气密度可提高至13.0%,燃料电池存储能量为1 489.7 kWh条件下,能量密度可达到1 000 Wh/kg以上,对减小升浮一体飞行器总重和外形尺寸、提高飞行器载荷能力有显著作用。     

八水氢氧化钡相变材料储热性能实验

采用八水氢氧化钡（Ba（OH）₂·8H₂O）作为相变储热材料,经过150次熔化-凝固热循环实验,发现随着热循环次数的增加,Ba（OH）₂·8H₂O的相变点温度变化很小,但是该相变材料结晶时存在严重的过冷现象.通过扫描电子显微镜获得50次热循环后Ba（OH）₂·8H₂O与铝合金和紫铜金属材料之间的腐蚀情况图像,图像分析表明,Ba（OH）₂·8H₂O与紫铜有良好的相容性.搭建了含/未含泡沫铜的相变储能装置的实验台,对比实验结果表明,泡沫铜填充不仅可以提高相变材料的传热效率,而且能够有效地降低Ba（OH）₂·8H₂O的过冷度.      

BiFeO_3掺杂K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-LiSbO_3无铅压电陶瓷的相变及退极化性能研究

采用传统陶瓷常压烧结工艺,制备了BiFeO3掺杂0.95K0.5Na0.5NbO3-0.05LiSbO3(0.95KNN-0.05LS)无铅压电陶瓷,研究了该陶瓷的相转变、热滞与退极化性能。未掺杂和掺杂0.4mol%BiFeO3的0.95KNN-0.05LS陶瓷在室温下分别为正交相结构和正交相与四方相共存结构。掺杂后的陶瓷样品具有明显的热滞现象,热滞的温区约为300～380℃,对应陶瓷四方相与立方相共存的温区。所有陶瓷样品的平面机电耦合系数kp随温度的升高均减小,在300℃以下均有kp≥0.30。掺杂与未掺杂的KNN-LS陶瓷的退极化温度分别为360℃和370℃。     

加入纳米颗粒的相变悬浮液黏性和热导率特性

提出了在相变悬浮液中添加TiO2纳米颗粒以提高其热导率的概念,并使用旋转流变仪和热物性仪测量了这种新型悬浮液流变特性和热导率。研究结果表明,对于体积浓度为10%的相变悬浮液,当加入的纳米颗粒质量浓度不超过5%(体积浓度1.18%)时,低剪切率下悬浮液表现出非牛顿流体的特性,高剪切率下仍可视为牛顿流体。相变悬浮液的黏性随纳米颗粒浓度增加而增加,当纳米颗粒质量浓度为5%时,相变悬浮液的黏性提高约23%。相变悬浮液的热导率随着纳米颗粒浓度的增加而增加,当纳米颗粒质量浓度为5%时,相变悬浮液热导率提高约7.3%。     

聚碳硅烷复合涂层抗激光烧蚀研究

提出在飞行器表面涂敷经过固化的聚碳硅烷复合涂层,激光照射时聚碳硅烷吸收激光能量发生分解和相变等物理化学过程,最终形成耐高温SiC陶瓷,从而减弱或消除激光对飞行器的打击.实验以铝合金为基板,以聚碳硅烷和二乙烯基苯混合溶液为涂料,并添加了ZrO2、V2O2,等高温可发生相变的陶瓷,铝合金基板涂覆后在150℃大气环境下保温6 h固化,形成黏附性好、有一定硬度的抗激光涂层,然后通过连续激光进行烧蚀验证.结果表明,基板没有烧蚀变形,聚碳硅烷涂层在激光烧蚀作用下发生分解、相变.生成了SiC陶瓷和游离C.其中添加剂ZrO2因高温相变体积缩小缓解了涂层与基板的热失配,不仅吸收激光能量,消弱了激光烧蚀,而且涂层与基板结合牢固没有脱落,对激光有良好的阻挡作用.     

平抑风电场功率波动的复合储能系统控制策略

随着风力发电所占发电比例的上升,其随机性、波动性及间歇性对电网的影响不可忽视。基于超级电容和蓄电池组成的复合储能系统,提出了一种用于抑制风电功率波动的自适应复合储能控制策略,通过引入超级电容荷电状态反馈来实施对低通/高通滤波器时间常数的控制,在完成对风电波动功率平抑的同时,合理分配平抑功率,避免超级电容过充过放。最后通过仿真,针对春夏秋冬不同时间窗口下的功率波动进行平抑,验证了所提自适应控制策略的有效性。     

复合相变热沉在电子设备热管理中的应用

某些特殊电子设备的短时高功耗运行往往会引起急剧温升,进而导致设备失效。文章采用膨胀石墨/高碳醇复合相变材料(PCM)作为热沉,针对某高功耗模块进行了散热仿真,并与传统铝热沉进行了对比,结果表明无主动散热平台下PCM热沉显著优于铝热沉。同工况温箱实验进一步验证相变热沉散热特性,并与仿真结果进行对比,结果表明实验结果与仿真结果具有一致的温度变化趋势,但由于相变温度范围的差异导致不同时间段温升速率不同。分析了二者的差异及原因,为严酷条件下应用相变材料进行热设计和热管理提供参考。