液态金属镓微重力下的融化传热特性

相变蓄热适用于周期性热流作用下航天器内部工作单元的温度控制,但是需解决微重力环境下相变材料融化速率低的问题.鉴于液态金属高导热系数和高单位体积潜热的特点,在微重力下将液态金属作为相变材料有望提高融化速率.通过对微重力下液态金属镓融化过程的相界面演化、流线和温度分布特征进行数值研究,分析了腔体尺寸和过热度对融化过程的影响.结果表明:微重力下镓的融化过程中,热传导起主导作用;镓的融化时间比冰和正十八烷分别减少了88.3%和96.4%,储热量分别为冰和正十八烷的1.2倍和2.2倍;融化时间随过热度增加而减小,随腔体半径增大而增大.此外推导出了液相分数随无量纲时间变化的关系.      

管道系统中Ti-Ni合金管接头的疲劳寿命(S-N)分析

采用了全寿命(S-N)的有限元分析方法,分析了循环振动载荷下的Ti-Ni合金管接头,给出了有限元计算的疲劳寿命分布图.结果表明,管接头中间内表面处为疲劳寿命的薄弱位置;马氏体相变和逆相变在同一位置的反复发生,是造成局部疲劳损伤/疲劳寿命低的直接原因和起源.     

共析钢的相变超塑性扩散连接

根据高温扩散和空洞蠕变闭合理论，在恒温超塑性扩散连接基础上建立相变超塑性扩散连接数学模型，可确定各工艺参数，诸如循环上限温度、压力、循环次数以及升、降温速率等对连接的影响，作为选择合适工艺参数的依据。经过对T8共析钢相变超塑性扩散连接试验研究，证明该理论模型与试验结果吻合较好。     

地面及微重力条件下低温贮箱内相变和传热的数值仿真

为了预测航天器低温推进剂在轨工作时受热后的状态变化,采用二维轴对称Volume of Fluid(VOF)气液两相流计算流体力学模型,同时选择Lee提出的气液相变模型.由于模拟试验采用低温液氮贮箱,因此本文采用低温液氮贮箱为数值仿真对象.微重力情况下,贮箱内气枕区的压力和压力上升率均低于地面状况,重力水平越低,压力和压力上升率越小,并且气体形成的气枕区位置和形状因表面张力大小随温度不同而动态变化,液体区间的温差也随重力水平的降低而增大.     

过热淬火对4Cr13零件的金相组织力学性能及尺寸稳定性的影响

通过系统地试验分析热处理温度对4Cr13阀片零件金相组织、性能和尺寸稳定性的影响,证实热处理不当可产生过热组织,当淬火温度超出允许的上限1050℃仅50℃,即1100℃时,σ(?)降低22％;σ(?)降低48％;金相组织观察表明,随着淬火温度的超限,残余奥氏体量增多,晶粒愈来愈粗大,线膨胀增加17～3.8％但硬度却并不下降,鉴于残余奥氏体是亚稳态组织,当阀片在700℃高温下使用时,奥氏体分解导致零件尺寸不稳定,使某型号携带式防空导弹的飞行试验失败。     

微重力条件下固液相变过程空穴移动特性研究

为了解微重力条件下固液相变传热过程中空穴的移动特性,建立了一种基于温度排序算法的空穴模型,研究了空穴在不同初始位置的移动过程。结果表明,不同初始位置的空穴均沿着热流的反方向移动,在相同热边界条件下空穴的最终位置与初始位置无关。     

飞行器高热流密度长时间测试方法

为实现对飞行器高热流密度热流的长时间测量,文章提出了一种以与高导热金属蜂窝材料复合的相变材料作为热沉的热流计,利用相变材料的潜热持续吸收热流计所接收的热量,可以对1 MW·m-2的热流密度持续测量2000 s以上。利用显热容数值方法建立了高热流密度长时间持续测量的分析模型,研究了热沉相变材料的热导率、相变温度、相变潜热等物性参数对测量方案的影响。研究结果表明,应选取热导率较大、相变温度较低且高于初始环境温度,以及相变潜热较大的相变材料作为长时间高热流密度测量的热沉材料。     

先进的热防护方法及在飞行器的应用前景初探

随着航天技术的发展,飞行器的热环境面临着新的变化,对热防护提出了挑战。对各类主动热防护方式的原理、研究进展和应用现状进行了归纳总结。结合飞行器未来发展,提出了适应于未来应用的基于相变工质的对流冷却、自适应膜相变冷却和发汗冷却的系统性主动热防护方式。并以此为基础,提出了结合被动、半被动和主动热防护的飞行器全时域综合热管理思路。     

氢燃料燃烧加热风洞中水蒸气相变效应的数值研究

为明晰氢燃料燃烧加热风洞中的水蒸气相变效应,采用同时考虑凝结和蒸发相变模型的多组分输运可压缩流动数值模拟方法,研究了超声速喷管内的水蒸气凝结过程以及凝结气流再蒸发对典型压缩构型(二维斜劈、三维斜劈和圆锥)流场参数及气动力的影响。结果表明:氢燃料燃烧加热风洞喷管气流中,水蒸气在较低总温条件下确实存在较大程度的凝结相变,但同时在斜劈激波压缩后也存在较强的蒸发相变;凝结会使喷管流场参数发生较大偏离,但再蒸发效应又会使气流经过斜劈压缩后趋近理想状态,趋近的程度受到压缩程度的影响。本文计算条件下,喷管内水蒸气相变导致出口参数偏差大于10%,但经过12°斜劈压缩后,流场参数以及表面气动力可恢复到理想状态的95%以上,此时相变的影响基本可以忽略。     

高效相变蓄热装置结构设计及试验研究

文章针对某飞行器舱内大功率设备控温需求,提出了相变蓄热技术解决方案,建立了平板式肋片强化相变蓄热装置物理模型,根据大功率伺服舵机控制器热耗及工作模式等参数条件,采用十八烷为相变吸热材料,设计了一台高效平板式肋片相变蓄热装置,并通过地面试验研究,验证了该装置的控温性能、稳定性及等温性。试验结果表明:所设计的肋片式高效相变蓄热装置,在120 W热源功率下,可以将设备温度控制在50℃以下超过3000 s;榫槽形式的封装结构具有良好的密封性能,相变蓄热装置在多次相变循环后无泄漏;在3000 s测试时间内相变装置内部最大温差为3℃,具有很好的等温性。