新型被动在轨非连接支撑选材优化

以新型被动在轨非连接支撑(简称PODS)为研究对象,建立有限元模型。基于正交实验法对PODS支撑结构各组件设计不同材料组合方案,进行热分析。结果表明不同材料组合的支撑结构漏热量不同,当主体材料为钛合金,在轨管和发射管均为S玻璃纤维/环氧树脂管时,漏热量最小,为0.0165W。依据支撑结构漏热量小的原则,并综合考虑疲劳寿命、强度及重量因素,最终确定了支撑结构材料的组合方案,即主体材料为殷钢,在轨管为石墨环氧树脂管,发射管为S玻璃纤维环氧树脂管。在该种组合下,PODS支撑结构的漏热量为0.0217W,并具有良好的综合性能。     

被动在轨非连接支承侧向受力数值特性计算

为了提高被动在轨非连接支承(PODS)对侧向力的阻抗性能,减小低温贮箱通过PODS的漏热量,建立了带纤维丝的被动在轨非连接支承(PODS-IV)和无纤维丝的被动在轨非连接支承(PODS-III)结构三维模型,运用ANSYS workbench有限元软件,对带纤维丝的PODS-IV结构与无纤维丝的PODS-III结构分别进行了侧向力阻抗性能数值模拟计算,得到了侧向力作用在不同位置处两种支承结构各自所能承受的侧向力临界值,以及发生热短路时接触面位移变形云图。结果表明:带纤维丝的PODS-IV较不带纤维丝PODS-III能承受更大的侧向力而不发生热短路,同时随侧向力作用点离冷端距离增加,侧向力临界值相应增大。说明PODS-IV具有更好的支承性能及空间适用性。     

新型被动在轨非连接支撑研究现状

支撑结构是低温贮箱及飞行器杜瓦瓶的关键部件,对低温燃料液体的承装及其漏热有重要影响。文中阐述了低温绝热支撑近几年的研究进展,针对新型被动在轨非连接支撑(简称PODS),就其结构、材料及其他相关问题进行了分析。随着新型被动在轨非连接支撑研究的深入,其在空间及工业低温贮箱领域将会获得广泛应用。     

低温下双温区多管道绝热支撑设计及数值模拟研究

本文以液氢温区下的双温区多管道为研究对象, 对其进行了热流分析, 建立了几何模型, 采用有限元方法进行了热-结构耦合分析求解, 分析了不同壁厚及不同支撑宽度下漏热、 应力及形变的变化规律. 研究结果表明: 壁厚减小时, 漏热值减少, 绝热支撑总体应力增加, 支撑形变增大; 宽度减小时,20 K 温区漏热量减少,80 K 温区漏热增加, 总漏热量减少, 支撑应力增大, 最大形变量增大. 最终, 针对某工程使用的双温区四管道, 拟合出了壁厚与漏热、 最大应力及最大形变量变化规律的曲线、 方程, 宽度与双温区漏热、 最大应力及最大形变量变化规律的曲线、 方程. 在应力、 漏热、 形变量均允许的情况下, 得出最薄壁厚可取到1 .576 mm; 在壁厚取为2 mm 时, 得出最小宽度可取为0.572 mm.     

ITER CTB��������֧�Žṹ�봫����Ϸ���

根据ITER装置对CTB盒技术性能的要求,对CTB盒中冷屏的支撑部件进行了结构和传热的分析和设计。对结构形式的选择、结构强度的理论计算和支撑结构总的热损失进行了设计和计算,用ANSYS软件对该结构的非线性接触结构-热耦合问题进行了仿真分析。研究结果表明,球支撑结构既能够满足系统对支撑的结构安全要求,在有压接触情况下的漏热量符合ITER设计文集的规定。     

直角型高真空多层绝热低温管道热结构耦合分析

纵横交错的低温管路系统中,直角型低温管道使用是不可避免的,由于直角型低温管道结构的特殊性,其热应力分布不同于直管。借助ANSYS Workbench 13.0有限元分析软件,对某低温管路系统一段直角型高真空多层绝热低温管道进行稳态热结构耦合分析,并对最大热应力进行校核。结果表明:绝热结构满足保冷要求,有效减小了管壁热应力;支撑是主要的传热路径,与内外管接触位置附近温度梯度比较大;支撑热应力主要分布在与内外管接触的对角线周围,分布位置呈现对称的特征,最大热应力发生在与内管接触处,值为62.631MPa;内外管热应力主要发生在1200mm的水平内管壁上靠近管口位置,最大热应力为31.075MPa;对内外管和支撑最大热应力进行相应校核,证明该管道是安全可靠的。对同类型低温管道结构设计及支撑位置和数量合理设置具有重要参考价值,同时对低温管道安全运行具有重要意义。     

直角型低温管道热结构耦合数据分析

针对某低温管路系统一段直角型高真空多层绝热低温管道进行稳态热结构耦合数据分析,并对最大热应力进行校核,经ANSYS Workbench 13.0有限元软件分析结果表明:绝热结构满足保冷要求,有效减小了管壁热应力;支撑是主要的传热路径,与内外管接触位置附近温度梯度比较大;支撑热应力主要分布在与内外管接触的对角线周围,分布位置呈现对称特征,对内外管和支撑最大热应力进行相应的校核,证明该管道是安全可靠的。为同类型低温管道结构设计及支撑位置和数量的合理设置具有重要的参考价值,同时对低温管道的安全运行具有重要的意义。     

空间太阳望远镜主镜支撑结构的优化设计

空间太阳望远镜主镜是有效口径为1m的抛物面镜,工作状态需要达到衍射极限,因此光学系统要求主镜面形误差小于λ/40(RMS),精度主要靠主镜支撑结构来保证。主镜支撑结构应满足地面调试、在轨及发射状态的需要。支撑结构试验样机已经加工完成,地面调试结果表明主镜的镜面变形满足整个光学系统的要求。试验样机强度和刚度还有较大余量,结构本身比较复杂。用有限元分析方法进行优化设计,优化后的主镜支撑结构满足地面调试、在轨及发射状态的需要,也能保证主镜的面形满足整个光学系统的要求,有效减轻仪器重量、简化支撑结构的同时,提高了整个仪器的可靠性。     

35-110kV高温超导电缆终端低温恒温器热负荷分析

高温超导电缆终端是运行在低温的超导电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件,为了获得有效的超导电缆运行的低温环境,设计了一套电缆与终端可拆卸的恒温器,系统采用过冷液氮循环,液氮既是冷却介质,又是高电压绝缘介质。通过传热理论对恒温器的热负荷进行了计算,得到了用于35-110kV电压等级、额定电流交流2 000A的高温超导电缆低温恒温器主要漏热,尤其对终端交流电流引线进行了优化计算。计算结果表明,在现有设计结构下,恒温器的漏热量小于300W;从热负荷分布分析,电流引线漏热为主要漏热,支撑及传输管线的传导漏热占系统总漏热的22%左右。计算结果为该高温超导电缆终端低温系统的设计和进一步优化提供了依据。     

肾器官冷灌注过程中的热结构耦合模拟

生物组织在快速降温时,其内部温度梯度与热应力相关性的探索研究使人饶有兴趣。本文基于Ansys wvorkbench平台,对猪肾脏在冷灌注过程中,温度场与热应力场的耦合作用进行了探索性研究。重点探讨了肾脏快速降温时,因温度梯度所导致的生物热应力是否对细胞组织产生影响。研究结果表明:热变形沿血管形状呈现出梯度变化,靠近血管的热变形小于肾脏外缘;变形最大点在靠近肾脏表面两端的位置;温降速率是影响肾脏组织热应力和热形变的主要因素。研究方法以及结论对移植器官的冰温延时安全保存具有重要指导意义。     

ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆(ITER)的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。     

镜面热变形对空地激光通信链路性能的影响

 低轨卫星在轨运行热环境条件下,不能有效释放热应力的反射镜面将产生热变形,镜面法向偏转可达百μrad量级;经其反射的光束将产生较大的指向偏差,严重影响空地激光通信链路的系统性能。对空地激光通信星上端机目前常用的压板法镜体固定方式进行的分析表明：镜体释放热应力后的法向角度偏差可减小近3个数量级,对由于热变形带来的光束指向偏差能进行很好地抑制,减轻对系统性能的影响。     

35kV超导可控电抗器电流引线设计

35kV高温超导可控电抗器工作于70K液氮温区,通过控制超导线圈的工作状态来实现电抗的调节。线圈工作时,电流引线的焦耳热以及传导热是引线漏热的主要来源;当超导线圈开路时,线圈及电流引线则要承受高达十几千伏的感生电压,因此,电流引线的漏热优化以及电气绝缘水平是设计的重点。文中结合电流引线运行工况,设计了35kV超导可控电抗器电流引线,仿真结果表明,该设计漏热量低且温度分布均匀。此外,针对线圈开路时引线的高压情况确立了APG注射环氧绝缘的方案,有效的保证了绝缘水平。     

G-M/J-T氦制冷机系统冷箱漏热分析

冷箱是G-M/J-T氦制冷机系统的核心装置,氦制冷机冷箱由真空杜瓦、热防护屏组件、低温阀门和换热器组等构成,工作温度远低于环境温度。冷箱的漏热是影响G-M/J-T氦制冷机性能的一个重要因素。通过对G-M/J-T氦制冷机冷箱各主要部件的漏热计算,得出了冷箱内部主要部件漏热量分布,并进行了冷箱漏热实验验证,为G-M/J-T氦制冷机系统的优化设计和实验运行提供指导。     

CFD在高速飞行器热气弹问题中的应用

采用气动力/热/结构耦合的方法对高速细长体飞行器结构热静气动弹性问题进行了研究.为保证耦合计算精度，达到准确预测热气动弹性特性的能力，气动力和气动热计算采用CFD数值模拟方法，热应力和热变形计算采用有限元方法并通过热考核试验验证.以该简单细长体飞行器模型为研究对象，对其热静气动弹性特性进行了计算与分析，计算结果表明:CFD/CSD耦合可准确模拟热气弹问题，且气动加热造成结构温升不均衡是结构变形的主导因素，力热耦合静气弹变形与单纯受力分析变形形式不同，对飞行器气动特性影响规律不同.准确预测飞行器热气动弹性特性对飞行器结构设计十分必要.      

铜电流引线组的二元化改造

传统的铜电流引线因为在低温区的漏热过大,需要改造成漏热量低的高温超导电流引线。本设计主要针对一对200A和两对80A铜电流引线。通过计算得出了高温超导电流引线的最佳长横比,以及结构在不同低温区的收缩率,并用对电流引线组改造前后做了漏热的分析对比。结果表明,改造后的电流引线组4.5K温区的漏热量降低到未改造前的3.18%,大大降低了系统液氦温区热负荷,降低了运行成本。     

采用不同辐射换热模型对液氦传输管线的数值研究

低温传输管线是大型低温制冷设备中的关键部件之一,采用高真空多层绝热方式减少低温传输管线的漏热。基于Fluent计算平台,分别采用DTRM模型、P1模型、ROSSELAND模型、DO模型、S2S模型对真空环境下的液氦传输管线进行了数值模拟。对比解析计算解,确定了适合液氦低温管真空环境下辐射换热的计算模型,并利用S2S模型对低温传输管线的整体结构进行了模拟。模拟分析表明:S2S模型计算得到的管壁面辐射和温度场与解析解较为接近,更适合真空环境下的壁面辐射换热计算;支撑漏热为主要漏热,管壁面间辐射换热占总漏热量比例较小,整体漏热小于1W/m,满足设计需求。     

低温光学系统漏热测试方法及试验研究

低温组件的漏热量准确测试对低温光学系统的设计有着重要影响。以工作温度为200K的干涉仪光学组件为研究对象,建立了一套漏热测试方法和热控方案,简化了辐射换热计算过程,通过对热真空试验数据的分析计算出了各项漏热值,分析了影响漏热的主要因素和主要漏热部位,给出了减小系统漏热的改进方案。     

超导涡流制动装置液氦容器设计及分析

液氦容器是浸泡式超导涡流制动装置稳定运行不可或缺的部件, 其漏热损耗和结构强度关系着内部超导磁体能否安全稳定的工作. 针对超导涡流制动装置的液氦容器的各类漏热进行了分析计算, 详细讨论了超导线圈励磁过程中对不同壁厚的液氦容器产生的涡流损耗, 并采用 Ansys 有限元分析软件对不同壁厚液氦容器的强度进行了计算, 结合漏热及强度计算结果获得了最优的液氦容器壁厚参数. 结果表明4 mm 壁厚下的液氦容器总漏热在励磁速度为90 A/s 时可达1 .87 W, 液氦容器在各类综合力作用下的最大应力为393 MPa, 最大变形为2.2 mm,可满足所选材料的漏热及强度需求, 为超导涡流制动器装置总体设计提供了有力保证.     

热声发动机热缓冲管损失的实验研究

热缓冲管是热声发动机的关键部件之一,位于高温换热器和次室温换热器之间,理想情况下可避免在高温换热器附近往复运动的气体接触室温环境,造成热量损失。不过由于换热器流道的特殊结构,使热缓冲管两端会产生射流等现象,带来流动紊乱、热量损失等问题。本文设计并搭建了研究热缓冲管损失的实验平台,主要考查在热缓冲管两端分别添加不同层流化丝网对系统性能的影响。实验结果表明,未添加层流化丝网会使热量损失急剧增大,热声效率大幅下降;而过多添加层流化丝网会使阻力损失增大,同样降低热声效率;当两端分别添加3片层流化丝网时,所需加热量最少,热声转换效率最高。