航天器变速热泵回路的技术优势分析

在保证航天器废热排放量的基础上,通过计算对比分析了固定转速热泵回路热控系统和变速热泵回路热控系统的耗电量,结果证明后者比前者节能20％左右。综合分析还表明:变速热泵可以实现软启动,对航天器上的电网无冲击,对其它用电设备无干扰;可以实现快速制冷和供热;控温精度高,回舱流体温度波动小;可靠性高,寿命长;脉动噪声小;可以实现无级调速,具有热负荷调节范围宽等技术优势。变速热泵技术已经发展成熟,具备了在航天器上应用的条件。     

蒸发器内流动沸腾过程的可视化实验及调控

本文基于Simulink仿真和高速显微摄像仪设计搭建了一套闭式泵驱两相流回路系统,该系统具有可视化观测和自动控制小通道蒸发器流动沸腾传热过程。开展了小通道蒸发器内流型演变、传热特性和温度动态变化调控的定量研究,重点关注流型、流量、热负荷之间的耦合关系。研究结果表明,所构建的两相流回路系统借助储液罐控温调节能够实现系统运行参数的快速准确调控。小通道内工质流动沸腾呈现出单相流、泡状流、弹状流、搅拌流、环状流和反环状流等流型。对流传热系数随着热负荷增大经历单相流与两相流共存的急剧上升阶段、全区域两相流稳定区的均匀缓慢上升阶段以及处于临界不稳定换热区附近的下降阶段。并且,所采用的自动热控制算法能够实现流量、过冷度、壁温等运行参数的快速准确调控,赋予了泵驱两相流回路系统良好的热管理性能。     

直膨空调系统动态建模及温湿度解耦控制

基于压缩制冷循环的直膨空调系统可以通过调节压缩机转速和风机转速来实现室内热环境的温湿度同时控制,但由于系统存在工况范围大、干扰多、非线性、运行参数强耦合等问题,简单控制方法很难取得良好的温湿度控制效果。本文通过联立空调房间及直膨蒸发器的一阶微分方程,建立了直膨空调系统动态机理模型,并借利用实验数据完成了机理模型验证。利用模型分析了直膨系统降温除湿过程温湿度的交叉耦合作用。借助机理模型,设计了基于PID控制的双回路的温湿度前馈解耦控制器。该控制器通过在压缩机转速-干球温度控制回路和空气流量-含湿量控制回路分别设置前馈补偿器的方式实现了系统解耦。结果表明,所设计的前馈解耦控制器能较好的补偿直膨空调系统降温除湿过程的热湿耦合,实现室内温湿度控制的同时也具备较强的抗干扰能力。     

飞行器热管理系统的热量流建模及优化

随着飞行器性能的提升,其高效热管理的重要性日益凸显,因而整体热管理系统逐渐得到广泛应用。本文以一种典型的飞行器整体热管理系统为研究对象,通过引入热阻、热动势和能量源等部件构建其热量流模型,应用基尔霍夫定律获得系统中能量的整体输运与转换规律,并明确系统性能和各设计、运行参数间的直接约束关系。以此为基础并结合遗传算法,以热管理系统的总体轻量化为目标,实现了其多参数全局优化。优化结果表明只依赖经验的系统设计容易错失最优解。     

单相泵驱流体回路不同拓扑结构的散热性能分析

基于单相泵驱流体回路,研究了系统在不同拓扑结构下的控温性能。采用集总参数法建立了流量计算及分配模型、流体与设备换热模型、混合点温度计算模型以及热流计算模型,并运用Openmodelica仿真平台,开展了不同拓扑结构对设备温度、系统流量和系统出口工质温度的影响分析,探究了不同载荷占空下设备散热效果、系统峰值损耗和内能变化等的动态特性。结果表明,一方面,并联拓扑体系设备散热及均温效果较好;另一方面,热惯性对系统内能变化影响较大,在系统热惯性一定的条件下,载荷占空比越大工质冷却响应时间越大,系统能量损失越小。     

两相自然循环流量漂移的分岔研究

本文基于分岔理论及DERPAR数值算法,运用均相模型计算得出典型沸腾两相自然循环系统的静态分岔解图。讨论了系统压力、欠热度、阻力等参数对运行稳定性及输热能力限的影响。通过采用不同冷凝器模型,研究了冷凝模型与参数对流量漂移特性的影响。并将结果与漂移模型计算结果进行比较,结果可为两相自然循环回路设计、运行提供参考。     

现场测量深层岩土热物性方法

地下岩土的热物性参数是地源热泵地热换热器的设计中所需要的很重要的参数。热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响，进而影响地源热泵系统的初投资。为了能够在现场测量地下岩土的热物性参数，本文利用一套现场测量设备测量了对地下埋管回路施加的热流与回路中循环水温度随时间的变化，并利用参数估计方法确定地下岩土的热物性参数。     

空间站主动热控系统回路的热负荷分配优化

空间站主动热控系统回路包括低温回路、中温回路和外回路。以减轻系统总质量为优化目标,本文基于系统质量模型和能量平衡关系式,分别针对体装式辐射器和展开式辐射器的设计,对冷板热负荷在低温回路和中温回路的分配比例进行了优化分析。结果表明,存在一个最佳热负荷分配系数值,使系统在总换热量一定时总质量达到最小;同时给出了对应的各回路工作温度与分配系数之间的关系。辐射器在系统总质量中占了绝大部分,因此在优化时应尽可能减少辐射器面积。此外,不同的冷凝空气热负荷下对应的最佳冷板热负荷分配系数值也不同。     

回热式气体压缩制冷系统性能整体优化

本文以回热式气体压缩制冷系统为研究对象,结合(火积)耗散分析与热力学分析,建立了回路中各点温度与设计参数的数学关系,明确了各设计参数间的约束关系,从而将系统设计优化问题转化为条件极值问题并求得理论解,实现了系统内多参数的全局优化。通过对以换热器总热导最小为优化目标的算例进行计算分析,发现当制冷需求、功耗及压比给定时,增大压比或预冷工质热容量流有利于回热式制冷系统总热导的减小,而增大净功耗则使总热导先减小后增加,在净功耗临界值处总热导极小。     

BETA角对阿尔法磁谱仪热系统影响分析

β角是航天器热控制设计中关键的设计参数,本文通过对阿尔法磁谱仪(AMS)在国际空间站上两年的运行结果进行分析得出,AMS外部温度变化受β角影响很大,PORT侧和STBD侧尤为明显,且呈近似相反的变化规律,而主散热板温度分布相对均匀。β角对AMS热系统的影响规律可以为AMS热控系统监测和近地轨道航天器热控制设计提供参考。     

空间光学遥感器热设计

为了保证空间光学遥感器所需温度条件,本着被动热控为主、主动热控为辅的原则对其进行了热设计.首先,分析了遥感器在轨工作模式,建立了遥感器外热流计算模型,根据遥感器各面外热流变化,确定了3个极端工况.然后,以对日低温工况热设计为主对遥感器进行了热设计.最后,对热设计进行了热仿真分析和热试验验证.结果表明:镜组温度水平可控制...     

Thermal modeling of GaAs-based semiconductor disk lasers

Thermal characteristics including the temperature, the heat flux, and the temperature gradient of GaAs-based semiconductor disk lasers (SDLs) under various conditions are modeled using the finite element method. The effects of the substrate thickness, the pump spot radius, the heatspreader, and the pump power on the thermal properties of laser are simulated, and the maximum temperature rise in active region is highlighted. Numerical analysis predicts that SiC is an ideal substitute for diamond as a heatspreader. Instead of the sophisticated completely-etched substrate, the use of a high-thermal-conductivity heatspreader along with partly-etched substrate can provide sufficient thermal management to the laser.     

手分为多节段的人体热调节模型研究

将人体热调节柱状模型和手的多节段模型结合起来,建立了更完整的人体热调节模型。利用有限元方法对人体热调节数学模型进行了数值求解,并设计试验证明了模型的正确性。结果表明: (1)当取合适的血流量时,实验值和计算值的变化趋势一致,且手部温度稳定时,血流量都在确定的范围内;(2)血液流量是手部温度场变化的主要因素,人体组织和动脉入口温度对手部温度影响较小。     

行波管电子枪热分析与结构优化设计

利用ANSYS软件建立某Ka波段行波管2 mm阴极电子枪的有限元模型,并进行稳态及瞬态热分析,提取热流矢量图与温度分布图,得到阴极稳态时的温度分布及预热时间。对电子枪样品进行实验测试,得到的实测温度与模拟温度相差2%,因而在误差允许的范围内有限元方法是可行的。根据热流矢量图对热屏蔽筒进行结构优化,优化后,阴极温度比优化前提高了28 ℃,整枪最高温度提高了27 ℃,阴极预热时间缩短了40 s,缩短幅度达到33％。优化后的结构较大程度地提高了阴极的快启动性能,提升了行波管的快速反应能力。     

Measured local heat transport in turbulent Rayleigh-Bénard convection

Local convective heat flux in turbulent thermal convection is obtained from simultaneous velocity and temperature measurements in an aspect-ratio-one convection cell filled with water. It is found that fluctuations of the vertical heat flux are highly intermittent and are determined primarily by the thermal plumes in the system. The experiment reveals a unique mechanism for the heat transport in turbulent convection.     

空间太阳望远镜主镜精密温度控制方案介绍

通过光-机-热集成分析，用简单可靠的热控方法，对空间太阳望远镜直径为1m的主镜进行了热设计：采用周边绝热、将热量从正面传导到背面，再设计装有控温回路和热管的集热板，以及与卫星平台辐射器冷板连接散热，保证了主镜的温度水平和稳定性；在主镜压紧结构前设置挡光板，减少压紧结构引起的主镜温度不均匀．结果表明，利用智能型高准确度控温仪和加热回路的优化设计实现主构架均匀性热设计，采用高传热性能热管排散准直镜热反射面极高热流密度，可以消除主镜周围热环境对主镜温度影响的结论．     

内嵌定向高导热层疏导式结构热防护机理分析

针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境, 提出内嵌定向高导热层的疏导式热防护系统. 运用数值方法分析了特定条件下内嵌定向高导热层的疏导式系统的防热效果, 外壁面最高温度下降了9.1%, 内壁面最高温度下降了31.5%, 高温区和低温区都被封闭在外层区域, 内层温度更加均匀, 实现了热流由高温区向低温区的转移, 削弱了高温区的热载荷, 强化了整体结构的热防护能力. 研究表明, 随着气动热流密度比与辐射散热面积比的增大, 疏导结构的冷却效果增强. 本文还对疏导防热系统的结构参数和材料参数对冷却效果的影响进行了分析, 为结构的设计和材料的选取提供一定的依据.     

Thermal dynamics-based mechanism for intense laser-induced material surface vaporization

Laser material processing involving welding, ablation and cutting involves interaction of intense laser pulses of nanosecond duration with a condensed phase. Such interaction involving high brightness radiative flux causes multitude of non-linear events involving thermal phase transition at soild-liquid-gas interfaces. A theoretical perspective involving thermal dynamics of the vaporization process and consequent non-linear multiple thermal phase transitions under the action of laser plasma is the subject matter of the present work. The computational calculations were carried out where titanium (Ti) was treated as a condensed medium. The solution to the partial differential equations governing the thermal dynamics and the underlying phase transition event in the multiphase system is based on non-stationary Eulerian variables. The Mach number M depicts significant fluctuations due to thermal instabilities associated with the laser beam flux and intensity. A conclusive amalgamation has been established which relates material surface temperature profile to laser intensity, laser flux and the pressure in the plasma cloud.      

Study on the Characteristic of IR Radiation from the Space Target

In this paper, based on the analysis of the thermal environment where the space target embeds and the study of thermal exchanges between the environment and the space target, the mathematics model of the temperature field for the space target is present by using the thermal network method. The temperature and radiant flux of the target surface are calculated, the characteristic of the distribution of temperature and IR radiation from the space target is discussed in detail.     

基于双向热阻模型的光电热一体化理论

通过双向热阻模型描述LED系统内部双向散热路径,进而构建光电热一体化模型。基于双向热阻模型参数,光电热一体化模型可高精度预测LED系统的结温以及光通量。实验验证结果表明,基于所提出的双向热阻模型的结温计算值和实验值的平均误差在5.3%之内,而采用传统的单向热阻模型的结温计算值和实验值的平均误差达到11.2%。基于双向热阻模型的光电热一体化理论,光通量的计算值与实验值的平均误差在6.3%之内。