微重力条件下流动与传热传质的地面模拟

为了给载人航天器热设计提供依据,考核热控系统的适应能力以及确定热湿控制参数。发展了材料－温度－湿度保持技术,以实现微重力条件下导热－对流－辐射换热与传质稳态系统的地面相似模拟。通过调整壁面热流密度分布,可以使尺寸适当缩小后的模型的材料、温度和湿度同时保持不变,同时还能抑制由重力引起的自然对流的作用,从而实现地面模型与微重力场中原型流动、换热和传质相似。并用数值方法对均匀进风条件下的流动、换热和传质的相似性进行了验证。     

方腔内混合对流换热的数值研究与模型实验

为研究方腔内混合对流向受迫对流过渡的临界参数,通过数值模拟和模型实验,得到了不同工况下的流场、温度场,并将数值结果与实验结果进行了对比,通过一系列的数值计算,取得了均匀通风方式时混合对流处于受迫对流占优状态、自然对流受到抑制时的特征参数,指出描述方腔内混合对流的特征参数Ｇｒ／Ｒｅｎ中的ｎ不等于２,并发现当自然对流引起的旋涡消失时,自然对流对换热仍有一定的影响。     

微重力场中对流-辐射耦合换热系统的地面模拟

为在地面模拟太空舱内的流动与换热，通过理论分析和数值模拟，发展了微重力条件下对流－壁面辐射耦合传热稳态系统的地面相似模拟技术，进一步完善了温度－材料综合保持的自然对流抑制技术。通过采取补偿热流，调整壁面热流密度分布的方法，使尺寸缩小后的模型的Ｎｕ数、材料和温度与原型保持一致，从而实现模型与原型流动和换热相似。针对均匀通风方式，用数值方法对相似性进行了验证，确定了均匀通风方式下能实现地面模拟的模型的比例     

载人航天器并联热网络系统的优化分析

为减小载人航天器热控、环控生保系统中并联热网络系统的质量 ,在一定的简化和假设的基础上 ,建立热网络流动与换热的物理和数学模型。以系统总换热面积最小为优化目标函数 ,用极值有理法求解 ,得到最佳冷媒流量分配率随各热组件效能的变化关系。热组件效能大 ,其冷媒流量分配率就大 ,效能小 ,则其流量分配率就小 ,且热组件的效能总小于其流量分配率。研究结果为航天器工程中并联热网络的轻量化设计提供了一些理论依据     

射流纵向涡强化换热的数值模拟

为研究射流引起的纵向涡对流动和换热性能的影响,采用数值方法模拟了三维矩形通道内有射流从底面进入时的定常、不可压层流对流换热,得到了纵向涡影响下的速度场和温度场以及沿流动方向局部Nusselt数的分布.以场协同原理为指导,分析了射流纵向涡强化换热的原因,并进一步研究了射流角对纵向涡的换热强化效果的影响.结果表明 纵向涡改善了通道内速度场和温度场的协同关系,强化了对流换热; 射流垂直底面入射时,纵向涡的换热强化效果较好.     

炼镁还原罐内传热与化学反应的耦合特性

为了综合分析还原罐内传热过程及化学反应过程对Pidgeon炼镁工艺中产镁速率和反应转换率的影响机理,建立了具有耦合特征的传热和反应动力学模型。利用该模型对炼镁过程进行了数值模拟,获得了还原罐内的温度和产镁速率的空间分布和时间分布,并分析了罐外等效换热系数对上述结果的影响。结果表明:罐中心区域与罐壁处的温度及反应速率存在较大差值;球团的吸热反应特性及导热热阻是影响产镁速率和反应转换率的主要原因,而等效换热系数在达到一定数值后,对罐内的工作过程影响不大。     

微重力下对流换热的地面缩比-减压模拟技术

为了地面模拟空间飞行器在微重力条件下的对流换热 ,抑制自然对流 ,消除或减小重力的影响 ,研究了将缩小尺寸和减小压力相结合的缩比 -减压模拟技术 ,并通过数值计算对这一技术进行了验证。研究表明 ,缩比 -减压法可以克服缩比法和减压法在应用时的不足。不论缩小尺寸和减小压力的程度如何 ,只要缩减比相等 ,自然对流的抑制效果就相同。在工程应用中 ,对一定的原型工况 ,采用缩减比参数比采用 Gr/Re2 参数更直观 ,可以指导对地面模拟实验中合适的模型尺寸和工作压力的确定     

热电集成薄膜蒸馏式废水处理系统性能分析

为了给载人航天器生命保障系统的设计提供依据,对处理载人航天器废水的热电集成薄膜蒸发系统作了热分析并用数值方法进行了验证。分析中将补充废水带入的热量忽略,从而使整个分析过程得到了简化,并得出半导体制冷元件的制冷系数ε是决定系统热性能的关键参数这一重要结论,ε越大,系统热性能越好,而ε增大造成的洁净水产率降低可以由制冷元件数目增加得以弥补;ε主要决定于废水侧换热温差,因此提高废水侧换热能力是提高系统性能的关键。     

抑制自然对流的可视化实验研究

为了验证抑制自然对流的努谢尔数保持技术的正确性，发展了一种大空间气流流场的可视化技术。采用蚊香燃烟示踪气流，激光片光源照亮烟气固体微粒，以显示在不同尺寸模型中不同Ｒｅ数和Ｇｒ数下的流场特征。较好地解决了大面积的恒热流加热的实验技术问题，同时在实现均匀来流、减小烟气扩散等方面也作出了探索；实验获得了十分清晰的模型中的流场可视化照片。两种热缩比模型中的流场的观察结果表明，合理地采用适当尺寸的缩小模型，确实可以在地面消除重力对流动与换热的影响。     

航天器短时大功率排热系统质量分析

为既能提高航天器排热能力,又能降低排热系统质量,提出了单相流体回路、蓄冷-单相流体回路、热泵单相流体回路、蓄冷热泵回路4种排热方案,计算了各方案排热能力和系统质量构成.与单相流体回路相比,在给定条件下,采用蓄冷-热泵回路可减少辐射器面积69.9%,降低排热系统质量53.5%.而蓄冷单相流体回路可减少辐射器面积56.0%,降低排热系统质量48.8%.结果表明蓄冷方案可以有效解决航天器短时大排热功率问题.