材料防热的多尺度现象与防热建模

新型高速飞行器返回再入及在大气层内飞行的过程中面临多样化的气动加热环境,材料工艺的改进和多组分的添加使材料高温热响应特性变得更加复杂,并呈现多尺度特性.文章从飞行热环境、材料工艺特征和细微观响应等方面对材料防热机理和建模方法进行了阐述,对不同类型飞行器热环境特征与防热建模难点进行了分析,对各类防热材料工艺与热响应特点进...     

飞船返回舱气动热及烧蚀防热的不确定性初步研究

由于飞船返回舱的气动加热和热化学烧蚀是非常复杂的变化过程,许多参数很难测定,并且与材料制造工艺水平密切相关,目前使用的数据存在较大散布,需要研究这些不确定因素对防热效果的具体影响。本文数值模拟了炭化材料的烧蚀热响应过程,研究了气动加热及材料参数的不确定性对计算结果的影响,在对计算结果进行分析的基础上,定量地研究了这些不确定量对烧蚀防热影响大小,说明了防热材料的各物理量对烧蚀防热影响重要程度完全不同,应该对几个关键参数进行深入细致的研究。     

非均匀磁场中磁流体热磁对流的实验研究

建立了测量非均匀磁场条件下圆柱腔体内磁流体热磁对流特性的实验系统,实验结果显示,磁流体热磁对流特性受磁场强度、温差以及磁场梯度方向与温度梯度方向之间关系的控制,当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时,外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程,且随着磁场强度和温差的增大,热磁对流强度加强。当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时,磁流体的热磁对流强度最剧烈。     

光学非均匀复合材料的多元滞后器模型

提出了光学非均匀纤维增强复合材料的复杂双折射现象的多元滞后器模型。给出了多元滞后器矩阵以及由此衍生的一组光强、方位角及滞后量公式，给出了多元与二元等效的证明，并认为二元滞后量应被看作是多元滞后量的一种统计等效值。穿过非均匀介质的偏振光具有复杂的波前，可分解为一组具有不同空间频率的平面波，且每一束平面波都由一对正交偏振光组成。所有这些平面波在试样前方的、垂直于原入射光方向的屏幕上任一点的干涉，在数学上可表示为表征这些平面波的Ｊｏｎｅｓ向量的不同权值的叠加。由于每一对正交偏振光均对应于一个光学均匀微元的Ｊｏｎｅｓ矩阵，因而可用由若干这些Ｊｏｎｅｓ矩阵的叠加所得的多元滞后量矩阵来表征光学非均匀纤维增强复合材料的双折射行为。 关键词：     

热释电IRFPA非均匀性校正实验系统研究

采用虚拟仪器技术,设计了基于LabVIEW软件平台的热释电IRFPA（红外焦平面阵列）非均匀性校正系统。该系统可通过控制面板选择校正算法,选取3种不同的标准像元的标准校正曲线。可以对IRFPA待校正的像元输出进行采集,对非均匀性参数进行测试,还可以进行非均匀性校正。系统通过三维波形以及图像的显示来观察校正前后对比,并能计算出校正前后的NU（非均匀性）值大小。对像元数为120160的热释电IRFPA输出的视频信号进行了非均匀性校正实验,对非均匀性校正算法进行了统计对比,对仿真结果及数据进行了分析总结。经过校正实验验证了系统的可行性,结果证明基于平均值法的两点定标算法对热释电IRFPA非均匀性校正后的NU值是最小的。通过统计数据得出校正后的NU可平均下降30%。     

非热离子对非均匀碰撞热尘埃等离子体中三维孤波的影响

从理论上研究了非热离子、外部磁场、碰撞对非均匀热尘埃等离子体中三维非线性尘埃声孤波的影响。运用约化摄动法得到描述三维非线性尘埃声孤波的非标准的变系数Korteweg-de Vries(KdV)方程。然后把非标准KdV方程变为标准的变系数KdV方程,并且得到了标准的变系数KdV方程的近似解析解。由此解析解可以看出,非热离子的数目、碰撞、非均匀性、波的斜向传播、尘埃颗粒和非热离子的温度对三维非线性尘埃声孤波的振幅和宽度有很大的影响。外部磁场对三维非线性尘埃声孤波的宽度有影响,而对其振幅没有影响。此外,波的相速度与非热离子、波的斜向传播、尘埃颗粒的温度和非均匀性有关。     

热释电IRFPA非均匀性校正实验系统研究

采用虚拟仪器技术,设计了基于LabVIEW软件平台的热释电IRFPA(红外焦平面阵列)非均匀性校正系统。该系统可通过控制面板选择校正算法,选取3种不同的标准像元的标准校正曲线。可以对IRFPA待校正的像元输出进行采集,对非均匀性参数进行测试,还可以进行非均匀性校正。系统通过三维波形以及图像的显示来观察校正前后对比,并能计算出校正前后的NU(非均匀性)值大小。对像元数为120×160的热释电IRFPA输出的视频信号进行了非均匀性校正实验,对非均匀性校正算法进行了统计对比,对仿真结果及数据进行了分析总结。经过校正实验验证了系统的可行性,结果证明基于平均值法的两点定标算法对热释电IRFPA非均匀性校正后的NU值是最小的。通过统计数据得出校正后的NU可平均下降30%。     

非均匀材料的应变软化及叠层复合材料破坏过程的数值模拟

用有限元方法模拟了非均匀叠层材料的固体力学行为和破坏过程,各层材料性质的初始非均匀性采用某一给定的统计规则描述.用三维网格对试件进行有限元剖分,每个单元具有各自的均匀各向同性常量以反映总体的非均匀性.加载过程中不同单元破坏次序不同,因而整体等效应力应变关系表现出复杂的非线性性.通过数值计算,在选定的具体条件下,模拟了在逐步加载过程中,叠层材料应力应变场的变化和不同单元依次破坏直至试件整体破坏的过程.算例中叠层材料由14~15层构成,使用的网格数约为几千个.用该方法得到的非线性等效应力应变曲线与文[11,12]中叙述的拉伸作用下应变超过某一值后,材料发生应变软化现象的试验数据符合较好,趋势相当一致,因此可以设想是对应变软化原因的一种解释.     

防热材料起泡现象的物理建模和计算方法研究

一些烧蚀试验发现特定配方的有机涂层防热材料在受到加热时,在有机物热解时除产生通常的炭化层外,在热解区附近还会出现较严重的起泡物理现象,在防热层内部区域形成很明显的较大泡沫,使防热层厚度增加,改变了防热材料的传热性能和物理模型,减缓了热量向内部结构的传递,降低内部结构的温升,对防热结构设计非常有利.本文细致分析了外部加热时有机涂层的热解烧蚀过程,初步建立防热材料起泡现象的物理模型和控制方程,数值模拟了起泡现象对内部温度场结果的具体影响,并与试验结果进行了比较.     

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。     

吸附式制冷系统中吸附床材料热容对系统运行COP的影响分析

1前言在吸附式制冷系统的理论运行研究中，很少考虑吸附床材料的影响。实际上由于吸附式制冷系统的非连续性，吸附床材料的热容对实际系统运行性能的影响是非常大的。这个影响体现在系统不断地加热和冷却过程中所损失的吸附床材料的显热热量，这个热量的大小直接受吸附床本身设计的影响，另外还受到系统运行过程的影响，如：系统运行的解吸温度、回热所进行的程度等。由于该系统中通常所用的吸附剂均属多孔性材料，其特点是热导率小，密度低，要满足一定的制冷功率，所设计的吸附床往往很大，另外为增强吸附床内的热传递，加快吸附床的冷却…     

序列尖峰脉冲激光对铝板熔融热-力效应研究

 本文用金相显微和扫描电镜诊断技术，对序列尖峰脉冲准连续激光束辐照LY12CZ和LF6M铝合金板材，产生激光热熔融与激光热应力效应，使照射区板材引生激光烧蚀池和许多断裂裂纹，造成材料断裂破坏的机理，进行了研究。给出了激光热应力、裂纹扩展应力与照射激光强度的变化关系和研究结果。     

两相颗粒多孔材料导热系数研究

对固-气两相颗粒多孔材料导热系数的预测,尚未见以实验数据对其各预测模型进行分析及验证其准确度的相关文献。本文利用断电热线法测定石英砂、碳化硅、工程沙以及煤灰的导热系数;将模型预测结果与实验数据进行对比分析,结果表明,Kunii and Smith模型误差小;考虑孔隙率的影响,利用实测数据对Kunii and Smith模型进行修正,给出新的预测模型;通过与国外学者给出的实测导热系数的对比,验证了本文给出的修正模型的准确性。     

非均一多孔介质中的水热迁移研究

孔隙裂隙非均一多孔介质中水热迁移的研究，国际上只是近年来才开始取得明显的进展。在发育裂隙的孔隙岩层中同时存在着两种渗流系统：孔隙总体积较大、渗透性相对弱的多孔岩块和总体积较小、渗透性却相对较强的分割多孔块体的裂隙。从而提出了“孔隙一裂隙二重性”假定，即地下水主要贮存在孔隙中，而水的运动主要在裂隙中进行，用一个一阶量描述孔隙裂隙间水流（热流）的传递耦合项。本文导出描述孔隙─裂隙岩层中的水流和热迁移的基本微分方程，建立起相应的数学模型，并成功地用于我国西藏羊八井热田分布参数模型的水热迁移研究。     

生物组织电穿孔中的热效应研究

本文对生物组织电穿孔中的热效应问题进行了计算研究。结果表明生物组织电穿孔过程中,选用不当的脉冲电压参数,会对组织造成严重的热损伤。若采用相同的烧伤阈值来描述热损伤范围,则相同电脉冲参数条件下在体组织比离体组织受到的热损伤更大。     

高超音速进气道的冷却研究

作为我国航天飞机研究的一个开端，本文以美国ＮＡＳＡ高超音速研究发动机ＨＲＥ的进气道几何为模型，进行了飞行马赫数为６时的进气道各部分的气动和气动热计算，并在此基础上提出了以氢燃料作冷却剂的主动冷却结构，进行了冷却计算，证明提出的冷却结构所需要的氢用量是合理的。     

脉动热管的毛细管结构和尺度效应实验研究

脉动热管的毛细管结构变化如何影响其性能是研究者关注的问题.本文对毛细管截面为正方形和正三角形,水力直径范围为1 mm左右的回路型脉动热管的传热性能进行了实验研究.结果表明,角管脉动热管的倾角变化时,底加热明显优于顶加热;三角形截面脉动热管的热阻比正方形截面脉动热管的热阻更低.脉动热管在水力直径为1.5 mm时比1mm时的性能要好.实验研究为理论分析打下了基础.     

单颗种子导热系数的测定及传热过程实验研究

对于种子干燥方面的研究,大多是针对其宏观传热传质即干燥动力学方面。本文采用热成象技术对单颗蚕豆种子的传热过程进行了研究,用实验求解导热方程反问题的方法计算出不同含水率下单颗种子的导热系数,对种子在非稳态下内部温度场进行了测试与分析．研究结果表明,在含水率小于 ２０％时,其导热系数随着含水率的增加而增大,当含水率大于 ２５％时则表现出较强的非均质性和非稳态性。对单颗蚕豆种子内部温度场测定而得到的种子热剖面温度分布表明,种子内部存在温度梯度其热扩散具有均匀性,同时反映出种皮传热热阻的存在。这些结果对于深入研究种子内部的传热传质机理,具有重要的实际意义。     

中低Z材料辐射烧蚀实验研究

 在星光Ⅱ激光装置上,利用波长为0.35μm的激光注入柱腔金箔靶产生的金箔后向X光作源,烧蚀中低Z样品材料,通过空间分辨测量靶源区和样品自发辐射X光的时间过程获得了中Z铝材料的辐射烧穿时间结果;在北京同步辐射源上对透射光栅进行了实验标定。