高温燃气流风洞全尺寸舱段热结构试验技术研究

利用200 MW高温燃气流风洞,开展1:1全尺寸舱段模型热结构/热匹配试验.围绕风洞试验状态调节、介质影响热流设计评估、多台阶长时间热流校测等技术问题,开展高温燃气流风洞舱段类模型试验设计方法研究.引入新的燃气流风洞试验状态调节方法和考虑燃气介质差异的等效冷壁热流修正方法,并通过长时间变工况表面热流测试方法的建立,实现...     

热流传感器传热特性电弧风洞实验及数值模拟

高超声速飞行器面临剧烈的气动加热环境, 电弧风洞是飞行器防热材料地面考核筛选的主力设备。热流密度是电弧风洞重要的模拟参数之一, 需要进行准确有效的测量。针对电弧风洞气流环境特点, 开展传统塞式量热计和新型同轴热电偶的对比测热试验, 并采用数值模拟对两种热流传感器的传热特性进行了分析。在电弧风洞平板自由射流试验热流密度分布在0~1 100 kW/m2范围内, 同轴热电偶的热流密度测试试验结果相对塞式量热计偏低10%~15%。数值模拟结果表明, 塞式量热计本身结构热物性参数不匹配会导致热流密度测量数值偏高至少10%, 而同轴热电偶测量数值偏高最大仅为2.19%, 相对塞式量热计具备更高的测量精度。同时, 电弧风洞中不同材质热流密度测试模型使用同轴热电偶进行测热试验时, 需要在同轴热电偶同模型之间增加适当厚度的不锈钢套以满足传感器周围环境的热匹配。      

镀层式同轴热电偶数据处理方法研究

同轴热电偶热流传感器进行热流测量是风洞试验热流测量的一种非常重要的手段.应用二维轴对称热传导理论,结合横向传热影响、表面温升对热流的耦合影响、流场建立初始阶段来流对传感器表面温升的影响等因素,为激波风洞同轴热电偶热流传感器的数据处理方法建立了两套方案,为进一步提高测热精度提供了技术途径.     

软X射线测量用电阻式薄膜量热计

介绍了一种用于软X射线辐射能量测量的电阻式薄膜量热计。利用电流的欧姆热效应对薄膜量热计的灵敏度进行了标定。在有基底薄膜的标定过程中,采用一维热扩散模型,考虑了金属薄膜向基底的传导热损失。利用电阻式薄膜量热计对聚龙一号装置钨丝阵Z箍缩产生的软X射线进行了测量,并与平响应X射线二极管(XRD)探测器的测量结果进行了比较。实验结果表明,电阻式薄膜量热计测量的软X射线辐射能量和辐射功率与平响应XRD探测器结果在测量不确定度范围内合理地一致。     

垂直轴风力机叶片表面结冰的风洞试验

为研究垂直轴风力机叶片表面结冰的规律以及结冰对其性能的影响,对采用NACA0018翼型的风力机叶片进行了风洞结冰试验研究。在风洞试验段内安装了喷水装置,室外的寒冷空气被吸入风洞后与过冷水滴一起吹向叶片并碰撞结冰。测试了不同水滴流量和叶片攻角下的叶表结冰分布及叶片的升阻力系数变化。在一定攻角范围内,叶表结冰量随翼型迎风面积增加而增加;结冰后的阻力系数增大,升力系数减小,叶片的气动特性降低。     

大型砂尘风洞中砂尘浓度测量与控制方法的研究

砂尘浓度指标严重影响砂尘风洞试验效果;在大型砂尘风洞中准确的测量及有效的控制砂尘浓度是砂尘风洞设备研制中的两个关键问题;针对动态试验工况环境中浓度传感器标定的问题,分析了浓度测量时标定参数与风速和浓度的关系,使用模型树算法建立了三者之间的关系模型,以此模型来预测各种动态情况下的标定参数;针对复杂环境下浓度动态控制问题,采用专家PID算法,提出了多回路控制系统结构和专家规则;工程实践表明该测量和控制方法满足了动态试验环境的需求,取得了良好效果;模型树算法和专家PID系统能有效的解决动态工况下砂尘浓度的测量与控制问题。     

用于激光等离子体测量的X光量热计

 由于X光量热计具有体型吸收、线性响应及抗电磁干扰能力强等优点,可用于对激光等离子体辐射的X光总量测量。介绍了X光量热计的原理和结构,量热计主要由吸收体、热电堆、恒温体和外壳4个部分组成;量热计吸收体接收X光能量后,在瞬时内温度迅速上升,同时又通过热传导或辐射而损失能量。电加热法作为X光量热计的传统标定方法,标定结果不可靠。为此采用经过绝对标定的XRD阵列谱仪（SXS）对X光量热计在神光-Ⅱ装置上进行了在线绝对标定。结果表明：X光量热计性能稳定,其灵敏度为(84.1±3.4) μV/mJ,X光能量测量的相对合成标准不确定度约为31%,可用于X光定量测量。     

微小区域热场的测试与分析

本文用显微热成像系统测量微小区域的表面温度和用数值模拟方法分析微小区域内的温度分布，对被测表面进行了发射率标定和环境辐射修正，三维稳态数值模拟着重考虑了界面接触热阻的处理。文中用以上手段分析了场效应功率器件的热可靠性。     

温敏涂料TSP热流密度测量方法及应用

温度敏感涂料（temperature-sensitive paint,TSP）可以实现高空间分辨率的温度测量.基于时间解析温度数据计算热流密度是典型的导热反问题.基于一维双层导热模型,通过解析或数值求解的方法计算热流密度,是上述问题的通用解法.在工程应用中,可根据试验工况简化一维双层导热模型,采用更简便的方法进行热流计算.TSP测量热流的精度受涂料厚度、TSP测温真实位置和材料热物性变化等因素影响,相应地可以在涂料设计、物理建模以及计算方法等方面进行完善,提高TSP热流测量的精度.TSP热流测量在暂冲式和激波式两类高超声速风洞中均已得到成功应用,文章结合两个应用实例对工程应用中的挑战与对策进行了讨论.      

低速压气机叶栅附面层分离的实验研究

本文利用表面热膜对某高负荷压气机叶片吸力面附面层的分离过程进行了实验研究,捕捉到了边界层分离点的位置及其随攻角的变化情况,给出了利用表面热膜测量的准壁面剪切应力米预判分离先兆和分离点位置的判据.同时,分析了 Re数对附面层分离特性的影响.结果表明:准壁面剪切应力及其均方根极小值对应的位置点是进入分离泡内的第一个测量点;在所有测量的工况条件下,表面热膜都捕捉到了吸力面附面层的长分离泡,并能准确捕捉到攻角所引起的分离点位置变化;低Re数下,Re数对附面层分离影响较小.     

短周期实验台涡轮机匣换热实时测量初探

本文简单介绍了采用铂膜单膜热流计和高速动态采集系统进行实时表面温度和热流率测量的原理和系统,并利用中国科学院工程热物理研究所的暂冲式短周期涡轮实验台进行了涡轮机匣换热的实时测量.测量所得的机匣表面实时温度与热流率呈现良好的周期性,并与涡轮转速相对应的高压动叶叶片通过频率相吻合.机匣表面实时温度的波动幅值极小,不超过0.4℃,而实时热流率的波动幅值达到几万瓦每平方米的量级.     

标模外形化学非平衡流场数值模拟

利用三维并行计算代码求解Navier-Stokes方程,数值模拟标模(ELECTRE)化学非平衡绕流,研究真实气体效应对标模气动热特性的影响,反应模型为Dunn和Kang的7组元7反应化学动力学模型.利用典型弹道点的飞行试验数据验证化学非平衡流计算程序的可靠性.在此基础上,研究不同壁面催化条件下攻角和高度变化对热流的影响.计算表明:真实气体效应主要发生在物面附近很薄的激波层内,并使激波脱体距离减小;完全催化壁驻点热流值高于非催化壁热流值;随着攻角增大,热流分布差异明显,而且攻角越大时,物面电子数密度越小;飞行高度越高,O₂和N₂离解程度越低,驻点热流越低.     

绝对吸收式激光能量计高准确度校准技术研究

采用量热法的高能激光能量计用于测量能量大于50 kJ的连续波高能激光能量,通常用已知功率的连续激光开展激光能量计的光电校准需要激光照射时间超过20 min,而由于热损失等原因,进行长时间激光能量校准时,校准不确定度高达12%。以量热式平面吸收高能激光能量计为模型,从理论上分析了热辐射、热对流对连续波高能激光能量测量结果的影响,得到了较准确的平面吸收腔激光能量计冷却数学模型,实现了能量计热损失补偿,并通过建立相应的实验装置验证了该模型,用其对装置的测量结果加以修正,可使光电校准的测量不确定度减小到1%以下。     

管翅式表冷器数值模拟与性能分析

编制了结霜工况下 ,适用于不同空气流态的蒸发器动态仿真程序。根据在低温风洞实验台中不同工况下测得的实验数据对程序进行了修正 ,并将修正后的程序用于对表面式空气冷却器的性能进行分析 ,从而得出了改进设计的方法。     

热质的运动与传递-微尺度导热中的热质动能效应

基于热质(热量的当量动质量)的概念,通过建立和分析热质的运动方程得到了反映热质动能变化的稳态导热微分方程,表明Fourier导热定律只有在热质的动能变化相对热质势能变化很小而可以忽略时才成立;在高热流密度和低温的情况下热质的动能变化不可忽略,这种动能效应表现为热流密度和温度梯度不再成线性关系.动能效应也导致Fourier导热定律不能通过热流和温度梯度准确地获得物体的导热系数,本文基于热质运动方程给出了导热系数动能效应的修正式.最后针对高热流密度和低温一维稳态导热进行了分子动力学模拟验证.     

中子多重性钚-铀部件质量测量系统及实验进展

为了对核弹头中拆卸下来的和处于库房存储状态的核部件的质量进行无损测量,搭建了一个由32根3 He正比计数管和方型高密度聚乙烯慢化腔体构成的中子多重性探测器,采用8通道电子学处理器件进行中子脉冲信号分析,基于5组252 Cf中子源对中子多重性探测器进行标定,验证了自主开发的标定算法,获取了系统标定参数。分别对6个武器级罐装钚部件,7个罐装铀部件进行中子多重性实验测量,实验分析结果显示:基于点模型修正后的钚部件中子多重性质量测量值与标称值偏差小于1.5%,基于双Am-Li源标定曲线法的铀部件质量测量偏差小于5%。     

水射流冷却过程中表面热流密度的预测

建立了由内部一点测量温度值,选取多个时间步长计算未知的表面热流密度与换热系数的导热反问题算法。该算法采用有限容积法离散方程,附加源项法处理边界条件。将该计算模型应用于求解浸没水射流冷却过程中表面热流密度,将计算温度值与实验测温值进行比较验证了算法的正确性。在此基础上分析了水射流冲击过程中薄钢片表面热流密度随表面温度与时间的变化特性。     

探针移动速度对等离子体射流热流密度测量结果的影响

采用自行研制的中心嵌有铜柱感应件的小尺寸杆状热流探针,在低扰动条件下,对射入大气环境的纯氩层流等热离子体射流传向铜探头表面的热流密度进行了动态测量.结果表明,在射流最高温度16500 K、最大轴向速度850 m/s、探针垂直于射流流动方向的移动速度130～260 mm/s的实验参数范围内,随着探针移动速度的提高,测得的热流密度值减小;射流温度和速度越高,探针移动速度对热流密度测量值的影响越大.     

基于角系数跟踪反射能量研究太空中空心圆柱体温度分布

利用角系数跟踪反射能量求得辐射传递因子,探讨太空中太阳入射下、热控涂层对空心圆柱体温度分布的影响.使用有限差分法离散圆柱坐标系下三维稳态导热方程,考虑辐射-导热边界条件,用Patankar线性化方法将边界条件线性化,用点迭代法来求解名义上的线性化方程组从而得到空心圆柱体的温度分布.热控涂层表面的辐射特性用一组矩形谱带来近似.本文的研究方法对太空航天器件温度分布的精确数值求解具有参考价值.     

超音速涡轮叶栅气动性能实验及分析

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式超音速平面叶栅风洞,在详细校核进口流动均匀性、出口流动周期性及叶栅中部流动二元性的基础上,详细测试了三套超音速涡轮叶栅在设计和非设计等三个攻角状态下的气动性能及叶片表面压力分布,为超音速涡轮叶栅的后续研究积累了翔实的实验资料。