类前缘防热层流场与热响应耦合计算研究

本文在以往对类前缘防热层热响应计算分析基础上,进一步研究实现了外流场高超音速NS方程数值计算表面气动加热与防热层结构热响应的耦合计算,这对于常用的非耦合计算方法来说是一进步,也为进一步开展外流场/结构热响应/热应力全耦合一体化计算研究和防热层表面吹气强化传热问题的场协同研究打下了基础。     

不规则形状热结构计算中的任意坐标变换和代数网格生成技术

航天器可重复使用防热结构通常需要采用数值模拟,进行外流场和结构热响应的耦合计算。本文针对前缘类热结构的差分计算中,关于不规则（不能用初等函数表示）区域的热响应计算,应用流场计算的思路,探讨了任意坐标变换和代数网格的生成。给出了有关控制方程、边界条件的处理方法,为进一步耦合计算提供了有关基础。     

高超声速飞行器热管冷却前缘结构一体化建模分析

针对高超声速飞行器工作时前缘恶劣的气动加热环境, 为了保证飞行器前缘的尖锐外形, 提出内嵌高温热管前缘结构. 针对热管内部复杂流动与换热情况, 对内嵌高温热管前缘结构进行一体化建模, 将模型的核心部件液态金属热管工作状况的计算与实验进行对比以验证模型的可靠性. 本文还分析了给定工况下内嵌高温热管前缘结构的热防护效果, 其中壁面最高温度下降了11.6%, 最低温度上升了8%, 高温区和低温区均被封闭在前缘外层区域, 内层温度更加均匀, 实现了热流由高温区向低温区的转移, 削弱了高温区的热负荷. 本文还分析了接触热阻对热管冷却前缘结构效果的影响. 关键词： 热管 前缘 疏导式热防护 气动热     

高超声速飞行器前缘疏导式热防护结构的实验研究

针对高超声速飞行器前缘疏导式防热结构的特点,设计前缘内嵌高导热率材料结构和一体化层板热管结构两类对比实验,用于验证前缘疏导式防热结构的可行性.利用球形短弧氙灯作为辐射热源模拟气动加热,分别对钢质前缘、内嵌铜材料的钢质前缘和一体化层板式热管前缘进行加热,测量前缘驻点区域和尾部翼面区域的温度变化.实验结果表明:内嵌高导热率材料的前缘疏导结构能够降低头部驻点区的温度,提高尾部低温区的温度,实现对前缘结构的热防护;以蒸馏水作为工质一体化层板式热管前缘结构,在较低热流条件下也能够实现对前缘驻点区的疏导式热防护,但在较高热流条件下,由于水蒸气压力过大使得层板式前缘结构发生破坏,体现出热管内部工作介质对结构防热效果和应用范围都起到的关键作用.     

可重复使用飞行器热走廊物理建模研究

对再入热走廊的物理含义进行了定义分析,为使防热层温度不超过热防护系统所允许使用的极限温度,可重复使用飞行器的飞行轨道必须在再入走廊热之内。建立了可重复使用飞行器再入热走廊的物理模型,给出该物理模型下热走廊的控制方程和求解方法。通过对航天飞机轨道器典型位置的再入热走廊与传统方法的验证分析,说明本文建立的可重复使用飞行器再入热走廊物理模型和求解方法是正确的,同时探讨了表面材料承受温度和发射系数对热走廊的影响规律。     

基于热释电探测器的重频脉冲激光诊断(英文)

以热释电探测器的工作原理为基础,研究了热释电探测器对重频脉冲激光的瞬态响应特性,建立了热释电探测器对单脉冲激光辐照响应的工作模型,分析了影响探测器频率特性的主要因素。根据材料和结构参数模拟计算了实际应用中的响应模型。设计了信号检测电路并对其进行计算仿真。完成了探测器的频率响应、脉宽响应等实验测量,验证了热释电探测器用于高重频、窄脉冲激光能量测量的可行性。     

基于热释电探测器的重频脉冲激光诊断

摘以热释电探测器的工作原理为基础,研究了热释电探测器对重频脉冲激光的瞬态响应特性,建立了热释电探测器对单脉冲激光辐照响应的工作模型,分析了影响探测器频率特性的主要因素。根据材料和结构参数模拟计算了实际应用中的响应模型。设计了信号检测电路并对其进行计算仿事。完成了探测器的频率响应、脉宽响应等实验测量,验证了热释电探测器用于高重频、窄脉冲激光能量测量的可行性。     

炭化烧蚀材料热解膨胀和线膨胀对内部温度场影响研究

本文根据炭化烧蚀材料的防热机理,认为防热材料表面化学烧蚀后退、热解膨胀和内部温度升高引起线膨胀是造成防热层厚度变化的因素,国内外学者主要研究了表面化学烧蚀后退对飞行器外形变化和温度场的影响,而对于后两者的具体影响却少有研究。本文数值模拟了高硅氧-酚醛炭化材料的烧蚀热响应过程,分析和解释了计算结果,说明了防热材料的线膨胀和热解膨胀对外形和温度场有较大的影响。     

复杂构型前缘疏导热防护技术

针对前缘驻点区热流密度高、热流梯度大的特点，基于疏导式热防护思想，研制了一体化疏导式热防护前缘结构.根据力热承载要求，设计了一体化薄壁结构方案，内部充装碱金属工质，在气动加热条件下形成工质相变及输运的热管式闭式循环，实现驻点区热量的快速疏散.通过结构封装、热管充装等工艺流程，实现结构样件，最终通过了飞行试验验证.结果表明，疏导结构启动时间约为94.5 s，疏导效率达到23.4%.      

霍尔推力器热模型研究

为了对霍尔推力器的热分析研究提供准确的能耗加载条件,开展了霍尔推力器稳态工况下的热模型研究。基于等离子体理论,分析放电室内各项能量损耗机理,并建立各能量损耗与推力器工作参数、性能参数和结构参数的相关函数,系统地得到了霍尔推力器的完整热模型。以LHT100推力器为研究对象,热模型计算结果显示:额定工况下束流能量损耗约889 W,壁面能量损耗约300 W,阳极能量损耗约44 W,电离能量损耗约43 W,辐射能量损耗约34 W等。以此能量损耗作为热边界条件进行有限元分析,并开展热平衡试验进行验证,计算结果与试验结果吻合较好,最大误差小于5%。     

热凝固对生物组织热物性影响的实验研究

本文以蛋清为实验对象,研究了热凝固对生物组织热物性的影响,测量方法为阶跃温升法。实验结果表明,热 凝固后,蛋清的热导率平均上升了6.60％。因此,生物组织的热物性不但与其化学组成有关,还与其物理状态有关;采用 热凝固的方法治疗肿瘤时,应考虑热凝固对其热物性的影响,从而实现更加有效的治疗。     

X43高超声速飞行器的飞行热走廊研究

建立飞行器的热走廊物理模型和求解方法对于设计飞行器防热结构、确定飞行轨道和优化气动外形等均有重要的工程应用价值,本文对X43高超声速飞行器的飞行热走廊的物理含义进行了分析,初步建立了飞行热走廊的物理模型,给出了该物理模型下飞行热走廊的控制方程和求解方法,通过对X43高超声速飞行器典型位置的飞行热走廊的计算,研究了高超声速飞行器的热走廊规律和特征,研究了防热材料的性能对飞行走廊的限制,明确了防热材料的关键防热参数,通过研究发现: (1)防热材料的发射系数越大,其对应的热走廊越宽阔,飞行轨道的选择余地也越大; (2)不同位置、不同流态对应的热走廊边界不同,推迟转捩发生可以增加热走廊区域,有利于防热.     

热质的运动与传递-热波

根据爱因斯坦狭义相对论,热量具有其对应的相对论质量,并且引入了描述热质(热量)运动的连续方程、动量方程.本文根据热质(热量)运动控制方程组,导出了热质(热量)的波动方程,证明了热量具有波动的传递方式,当热质动能与热质的耗散在同一量级时,得到了有限的热波传播速度.分析了热波产生的物理机制.基于热质理论的热波模型与CV模型进行了比较,指出了CV模型在物理上的缺陷.最后对一维热波的传播过程进行了数值模拟,给出了超快速导热过程的物理图像.     

固体吸附式制冷中热波循环的分析研究

1引言由Tehernev博士和S．V．Shelton教授提出的热波循环，是吸附式制冷中引起广泛兴趣的一种循环方式。其特点是高效回热，Shelton采用斜波法［‘］和方波法［‘］分析了热波循环，回热率达70％，热泵工况COP超过1．6。其它学者作了改进研究［‘并热波循环的模拟效果很好，但实验方面进展相当缓慢。采用螺旋板式换热器作吸附器，也发现热波循环的运行效果很不理想问。目前，相关的文献主要是系统模拟，而对其关键，热波的形成、特性研究较少。另外，研究侧重于系统性能（COP），对能量密度（SPD）考虑较少。本文将从传热的角度分析热…     

用扫描热显微镜测量微小区域热导性质的探讨

随着高新技术的迅速发展,许多研究对象已进入亚微米和纳米范畴。在对这些对象的热性能和热可靠性的研究中,亚微米尺度的热物性测量已成为关键技术之一。例如：在微电子、微电子机械系统（MEMS）领域中,已使用纳米量级厚度的材质和做出纳米尺度线宽的器件。在材料科学、生物学、医学和化学等许多领域,高空间分辨率下的热物性测量也具有重要意义。本文经过实验;初步用扫描热显微镜判定了微小区域材料热导性质的差别,并从理论上探讨了用该仪器测量微小区域热导性质的方法原理。     

一种测量生物组织热导率的新方法

采用脉冲衰减法可以测量生物组织热导率。但是,Chen等人提出的脉冲衰减法采用了“点热源”假设,而实际测量时,探头有一定的几何尺寸,由此造成了测量时的模型误差。本文采用数值实验的方法对这一误差及其影响因素进行了分析。在此基础上,提出了一种考虑了探头尺寸影响的新的脉冲衰减法,推导出了其测量公式。采用已知热导率的工质进行了验证试验,实验测量结果证实了本文对原有测量方法误差的分析;同时也表明,采用本文提出方法可以将测量误差减小到5%以下。     

光声技术在固体材料热扩散率测量中的应用

光声（光热）效应是由于物质吸收一强度随时间变化的光束而被时变加热时所引起的一系列热效应和声效应,研究了这些热效应和声效应,可以获得物质的热学和学学性质,光声技术正是探测由于吸收光辐射后样品的微小温度变化所引起的周围气体压力变化,具有灵敏度高、操作方便、应用广泛等独特的优点,已成为研究物质光谱特性、热学性质等的独特有力手段,文章主要介绍了光声技术在固体热扩散率测量中的原理及常规应用方法。     

电子束辐照硬铝产生热击波及层裂的估算

 本文对LY-12铝受到强流低能相对论电子束辐照时产生的热击波及层裂效应进行了估算。在预估中等能量沉淀产生材料的动态响应时必须适当地考虑熔化过程。我们所用的状态方程是GRAY三相状态方程，它对熔化区域中的金属作了详细且在热力学上更为完善的描述。将计算值同实验结果进行比较表明，二者基本上是一致的。