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     

抑制自然对流的Gr数调整技术

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,讨论了通过改变Ｇｒ抑制自然对流、实现地面相似模拟的两种方法的可行性。针对均匀通风方式,用数值方法对改变压力的抑制自然对流技术进行了直观的分析,确定了均匀通风方式下用减压法能实现地面模拟的减压比。通过对减压法和缩小尺寸法这两种Ｇｒ数调整技术的分析表明,两种方法各有优缺点,因而适用于各自不同的工况。尺寸缩小后的模型的Ｎｕ数、材料、温度和湿度与原型保持一致,但需调整壁面热流;而减压法则无需缩小尺寸和热流,其缺点是当有湿源时无法保持温度和湿度。结果表明,采用６．６７ｋＰａ以下的压力,可以实现地面模拟。     

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     

地面模拟微重力下两相流动沸腾换热的分析

从加热面方向角、流动速率、过冷度、绝对压力等几个方面对地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的条件进行了分析，认为当沸腾试验段入口流动速率、过冷度、绝对压力及外加热流密度等相同时，在流速达到一定值后，如果向上与向下流试验段出口处的温度、压力、含汽率等基本一样，两者换热系数大致相当，且试验段沿程各点壁温无突变、试验段出口含汽率满足核态沸腾正常进行所必须的下限等，那么就构成了地面模拟的条件。     

微重力条件下三维瞬态传热过程的数值分析

研究了微重力条件下固体表面受到外界热辐射作用时的三维瞬态传热过程。气相采用六通量辐射传热模型，通过求解三维非稳态的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程得到气相流场。固相给出了半无限大固体受到热辐射作用时的表面温度精确解。数值计算时，两相进行耦合迭代求解，结果表明，微重力大小对传热和流动过程有显著影响，它决定着热膨胀、自然对流和强迫流动三者对传热过程影响的相对大小。     

低气压室内环境传热传质的数值模拟

在考虑人的呼吸量及呼吸成分的前提下,采用RNGκ-ε流模型对低气压室内环境的传热传质进行数值模拟.对不同大气压下房间内的温度场、流场、氧气及二氧化碳气体的分布规律进行讨论,并对人体对流换热系数与经验值进行比较.研究结果表明:当大气压降低时,空气流速变化很小,房间的对流换热减弱,在稳定状态下温度略有上升;CO2体积分数增大,O2质量分数下降;但增加房间送风速度可以更好地排除CO2,有利于改善室内空气品质;混合对流时人体表面的对流换热能力减弱,减弱的趋势比强迫对流换热的小.     

微重力条件下列管相变蓄热器的传热特性研究及拓扑优化

基于相变蓄热器在航天航空领域的应用，对列管式蓄热器建立物理模型和数学模型，采用数值模拟研究其在不同重力及雷诺数下的传热特性，此外引入基于变密度法的拓扑优化方法对蓄热器进行结构优化，设计出一种不等长拓扑肋片模型，并对比研究各因素对相变材料熔化速度的影响。研究结果表明，相同雷诺数时微重力条件下相变材料的熔化速度相比于有重力条件下的较慢，不同雷诺数时微重力条件下的熔化速度比有重力条件下的熔化速度分别减小了82.7%,86.1%,90.1%。但在微重力条件下，增大雷诺数已不足以有效提升相变材料的熔化速度。与无肋片管相比，经拓扑优化所得肋片模型的强化换热效果明显，在微重力条件下其相变材料熔化时间相比于无肋片管熔化时间缩短了47.83%，表明所设计的拓扑优化肋片模型可有效地减小微重力对蓄/放热速率的影响。     

对撞流干燥的传热传质特性

对对撞流的传热传质过程进行了理论分析 ,论证了对撞流这一干燥形式强化传热传质过程的原理。设计了同轴对撞流干燥器 ,进行了对撞流强化传热传质过程的试验验证 ,总结了对撞流强化传热传质的特点和影响传热传质的因素     

ACRT强迫对流对定向凝固过程传热传质的影响

计算模拟了采用加速坩埚旋转技术的Bridgman法(ACRT-B)碲锌镉单晶体生长过程,以流函数图清晰地展示了晶体生长过程中固液界面前沿对流的周期性变化,以等温线图展示了界面前沿熔体温度场的变化,以等浓度线图展示了晶体内的组分偏析.计算结果表明:强迫对流显著提高了熔体中溶质分布的均匀性,可得到均一的熔体浓度场.强迫对流显著增加了固液界面凹陷深度.与不施加ACRT相比,强迫对流增加了晶体内溶质成分的轴向偏析,显著减小了径向偏析.     

吸附式制冷单管吸附床传热传质的数值模拟及分析

建立氯化钙-氨吸附式制冷单管吸附床传热传质模型，采用数值方法对该模型进行了求解，得出不同工况下的温度场，讨论了吸附床的有效导热系数、接触热阻、流体传热系数等对解吸量及制冷功率的影响。结果表明，提高吸附床导热有效导热系数，减小接触热阻可有效地改善吸附床的性能，为吸附床的优化设计提供了依据。     

倾斜矩形肋通道内流动与传热的数值研究

采用数值方法,对恒温加热时矩形肋通道内的流动与传热进行了研究,系统地考察了雷利数、倾角、高宽比、导热壁厚度及导热系数对肋通道内自然对流的影响,揭示了矩形肋通道的换热机理与规律。     

微重力条件下的InxGa1-xSb晶体生长研究

InxGa1-xSb晶体是吸收波长可以在1.7–6.8μm范围内调控的三元半导体晶体,在红外探测、热光伏电池领域具有重要的应用前景,但由于其固液相线相距很远,容易形成成分偏析和结晶缺陷,且重力对流会增加晶体生长界面处物质输送的不均匀性,使得地面环境下难于生长高质量的InxGa1-xSb晶体.微重力环境由于抑制了自然对流,为晶体生长提供了良好条件,本文综述了微重力环境对InxGa1-xSb半导体晶体成分偏析和晶体缺陷的影响,并介绍了中国返回式微重力科学卫星实践十号上的InxGa1-xSb三元晶体的空间生长实验成果.     

微重力条件下管肋式空间辐射器的传热分析

建立了航天器上常用的管肋式空间辐射器在微重力条件下的导热、对流和辐射相互耦合的复杂传热过程的数学模型，并考虑了管壁与肋片表面之间相互辐射的影响。整个模型的求解采用迭代法，管内流体的速度场和温度场的求解用ＳＩＭＰＬＥ算法，分别计算了肋片上的温度分布、管壁与肋片上的热流分布与管内对流换热的平均Ｎｕ数，得出了进行管肋式空间辐射器优化设计所必需的重要参数，同时还研究了重力场对辐射器传热的影响，对在地面上进行空间辐射器的模拟实验研究具有重要意义。     

微重力下绕汽柱热毛细对流的渐近分析

用渐近线方法求得了微重力条件下绕汽柱稳态热毛细对流的近似解析解,得到了液体区域的温度场,速度场及界面形状的表达式。通过数值模拟、得到了有关无量纲参数对热毛细对流的影响规律。     

地面模拟微重力下两相流动沸腾换热的分析

从加热面方向角、流动速率、过冷度、绝对压力等几个方面对地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的条件进行了分析．认为当沸腾试验段入口流动速率、过冷度、绝对压力及外加热流密度等相同时,在流速达到一定值后,如果向上与向下流试验段出口处的温度、压力、含汽率等基本一样,两者换热系数大致相当,且试验段沿程各点壁温无突变、试验段出口含汽率满足保证核态沸腾正常进行所必须的下限等,那么就构成了地面模拟的条件．     

超导材料Y123生长时的流动、传热与传质特性

为了了解超导材料YBa2Cu3O2-x(Y123)Czochralski法晶体生长时的流动、传热与传质特性,利用有限差分法对Ba-Cu-O熔体中单相Y123晶体生长时的流场、温度场及钇浓度场进行了非稳态二维数值模拟,模拟计算的格拉晓夫数范围是Gr=4.91×105～3.92×106.结果表明:当Gr数较小时,流动为稳态流动,随着温差的增加流动将失去其稳定性,转化为振荡对流.     

电磁铁传热特性及散热优化的数值模拟

电磁铁是电液控制系统的核心液压元件,被广泛应用于航空航天和石油工业等领域,但电磁铁工作产生的焦耳热和电磁损耗会导致温度迅速升高、局部热应力和不均匀膨胀变形,严重影响稳定性和使用寿命。笔者采用有限元软件研究电磁铁温度、应力及变形的演化规律,分析导热套筒散热与强制对流散热对其热性能的影响规律。结果表明：随着线圈功率增大,电磁铁的最大温度、热应力和变形量均线性增大;随着套筒厚度增加,稳态的最大温度、变形量和导热量线性减小,温降幅度为12.5 ℃/mm;随着流速增加,最大温度、热应力和变形量显著减小,温降幅度45.5 ℃/(m·s^-1),说明增强导热和对流均能提高电磁铁热性能且对流更为显著。     

中空纤维膜溶液热交换器的传热传质模拟研究

提出了一种适用于溴化锂吸收式制冷系统的新型溶液热交换器--中空纤维膜溶液热交换器.该溶液热交换器不同于传统的间壁式溶液热交换器,在高温浓溶液和低温稀溶液进行热量传递的同时,存在水蒸气的质量传递,质量传递的方向取决于膜两侧的水蒸气压差.应用分布参数法对溶液热交换器建立了溶液流动的传热、传质数学模型,并对顺流和逆流布置的流动过程进行了比较.研究结果表明:当溶液热交换器逆流布置时,沿程温差均匀,热量传递稳定,水蒸气由高温侧向低温侧的持续传质作用不但进一步浓缩了浓溶液,而且稀释了稀溶液,因此减小了发生器的热负荷和吸收器的冷负荷.     

微重力条件下气固两相界面耦合燃烧的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟．考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内部的传热和热解过程，给出了体现两相耦合作用的相界面处理方法．还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响．为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算．数值模拟得了微重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意．     

微重力下两相流动沸腾换热研究──关于地面模拟实验的可行性分析Ⅰ~*

通过对微重力和重力场下流场特点的比较，基于动量力，从地面上模拟微重力下的两相流动和受迫核态沸腾换热两方面出发，提出了地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的可行性条件：竖直试验段两相流速必须超过某一极限，试验段出口的气相含量也必须满足一定的要求．这些为该试验的开展奠定了初步的理论基础．