塞块式量热计长时间变工况热流测量

采用塞块式量热计对200 MW燃气流风洞试验件表面热流进行测量,试验过程中塞块式量热计遍历风洞的启动、模型变攻角、停车等阶段。为准确获取不同攻角条件下模型表面热流值,采用数值仿真对塞块式量热计的传热特性进行分析,研究背温反算的热流值与输入热流边界条件的差异,提出塞块式量热计长时间使用的修正方法,该修正方法通过一次稳态热流源的标定即可获得其他热流边界条件下的结果,从而简化标定过程。将修正方法应用于长时间变工况热流测量修正时,偏差小于2%,增加了塞块式量热计的使用范围,通过一次风洞试验,获取多个稳态工况条件下试验件表面热流值,节约风洞运行成本。此外,该修正方法也可用于高热流瞬时测量结果的修正。     

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.     

固体火箭尾舱对流加热机理

对某型固体火箭尾舱热环境进行了研究,发现尾舱热环境存在明显的天地差异,通过数值仿真结果分析了对流热环境产生的机理.在真实飞行环境下,火箭尾舱外部绕流产生的激波和发动机喷流激波之间存在剪切层,剪切层与尾舱连通,在激波与剪切层的相互作用下形成非定常漩涡结构,是尾舱内对流加热的来源.剪切层的强弱与对流热流的大小密切相关,根据对流热流产生机理,对一种减小对流热流的结构形式进行了研究,通过减弱火箭尾部的剪切层,大幅减小了对流热流,固体火箭尾舱热环境得到明显改善.      

以高温燃气为试验介质的爆轰波风洞

为了满足高温燃气流动研究的需求,提出了一种新的实验装置——爆轰波风洞.该风洞基本原理是利用高压气体驱动爆轰波后高温气体,为其提供消除Taylor稀疏波的运动边界条件,使爆轰波后气流保持均匀恒定所需状态.在结构布置上,爆轰波风洞与激波风洞类似,因此很容易利用激波风洞实现爆轰波风洞的运行模式,但两者的流动过程和参数间关系有明显的区别.首先理论分析了爆轰风洞流动过程并得出参数间关系,而后据此开展了实验验证.理论和实验结果表明该装置可以产生多种类型、不同状态的高温燃气,并可实现对燃气状态的准确控制.该装置实验能力和应用范围还能进一步扩展.      

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。      

磷光热图技术在常规高超声速风洞热环境实验中的应用

通过采取快速插入、建立同步采集系统等措施,在中国航天空气动力技术研究院FD-07常规高超声速风洞建立了磷光热图技术,并成功地获得了平板三角翼模型表面热流分布.基于实验结果,初步分析了来流Reynolds数等参数对三角翼表面热流分布的影响.结果表明,三角翼外形中心线处转捩靠后,两侧转捩靠前,且随着来流Reynolds数的增加,转捩位置进一步前移.总的来说,磷光热图技术能够直观地显示流动转捩发生的位置以及转捩后湍流区的形状,为高超声速飞行器热防护设计提供了一种新的技术途径.      

一维晶格中费曼棘齿-棘爪热机

研究了一维晶格中费曼棘齿-棘爪热机模型. 用粒子的概率主方程来描述粒子在晶格中的动力学特性, 推导出热流、 功率和效率的表达式. 通过数值计算分析势垒高度、 外力和温比对热流以及热机功率和效率的影响. 研究表明: 在粒子稳态概率流为零时, 存在非零的热流从高温库流入低温库, 类似于经典不可逆卡诺模型中的热漏; 热漏的存在使得热机的效率远远小于卡诺效率, 功率与效率之间为闭合的关系曲线, 热机为不可逆热机; 对热机性能参数进行优化, 可以使热机工作在最优性能状态下.     

激波管风洞中叶表测热实验与计算

本文利用激波管平面叶栅风洞在来流总压PO=1602×105 Pa、2.077×105Pa,相应总温TO=338.5 K、373.0K条件下进行了某叶型叶表压力分布、热流率分布测量实验。同时对实验段、实验叶栅进行了气动、传热方面的数值模拟。采用多种湍流模型计算并与实验数据比较后,发现采用spalart-Allmaras湍流模型计算所得叶表热流率与实验数据变化趋势一致。     

平流层飞艇通信系统载荷舱热控设计

分析了平流层飞艇通信系统的工作热环境.提出了以被动热控为主,主动热控为辅的载荷舱热控系统设计思路,给出了隔热、等温化、加热和液体循环回路等热控手段的具体设计方法.     

大后掠钝舵高超声速干扰特性实验研究

文章采用热流率测量和纹影拍摄技术, 对高超声速层流湍流边界层条件下钝舵干扰流场进行了实验研究.实验在高超声速炮风洞内完成, 来流Mach数为6, 8.研究结果表明层流与湍流干扰流场之间存在较大差别, 层流状态下干扰流场存在分离, 平板干扰区内热流率存在负增量, 舵面上存在明显的热流率峰值; 湍流状态下干扰流场无分离, 干扰对平板干扰区内热流率影响较小, 舵面上无明显峰值.      

航天器密封舱微重力对流换热的数值分析

本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封舱对流换热影响关系。分析表明，风扇对流强化换热效果明显，可以忽略地面自然对流影响，而且使舱内空气温度均匀。     

空间光学遥感器热试验外热流模拟及程控实现

以某太阳同步轨道空间光学遥感器为例,阐述了空间外热流分析计算、热平衡试验外热流模拟以及外热流程控加载的全过程.首先,总结了空间光学遥感器外热流模拟的完整流程.其次,简要介绍了太阳辐射、地球反照、地球红外辐射三种空间外热流的计算方法.然后,对该空间遥感器进行了空间综合吸收外热流计算,获得了阳照区及阴影区外热流平均值.最后,确定了热平衡试验外热流的模拟方法和策略,利用LabVIEW语言编写了程控电源开环控制程序,实现了热试验外热流的准确加载.试验结果表明,外热流值加载偏差在±2.5%以内,满足热平衡试验要求.     

Artificial acoustic stiffness reduction in fully compressible,direct numerical simulation of combustion

A pseudo-compressibility method is proposed to modify the acoustic time step restriction found in fully compressible, explicit flow solvers. The method manipulates terms in the governing equations of orderMa², whereMais a characteristic flow Mach number. A decrease in the speed of acoustic waves is obtained by adding an extra term in the balance equation for total energy. This term is proportional to flow dilatation and uses a decomposition of the dilatational field into an acoustic component and a component due to heat transfer. The present method is a variation of the pressure gradient scaling (PGS) method proposed in Ramshawet al(1985 Pressure gradient scaling method for fluid flowwith nearly uniform pressureJ. Comput. Phys.58 361–76). It achieves gains in computational efficiencies similar to PGS: at the cost of a slightly more involved right-hand-side computation, the numerical time step increases by a full order of magnitude. It also features the added benefit of preserving the hydrodynamic pressure field. The original and modified PGS methods are implemented into a parallel direct numerical simulation solver developed for applications to turbulent reacting flows with detailed chemical kinetics. The performance of the pseudo-compressibility methods is illustrated in a series of test problems ranging from isothermal sound propagation to laminar premixed flame problems.     

碳遮光石英气凝胶传热机制与热性能数值模拟

建立了碳遮光石英气凝胶传热机制及热性能数值模拟方法,在交叉立方阵列导热模型、热辐射传输谱带模型、辐射导热耦合传热模型基础上,采用蒙特卡罗方法与有限体积法数值模拟了气凝胶内的热辐射传输及辐射导热耦合传热,并以表观导热系数描述气凝胶传热性能.以某石英气凝胶为例,定量模拟了热性能、各种传热方式的作用及温度依赖性,分析了应用Rosseland扩散近似引起的误差.     

温度对有机物传热影响的分子动力学模拟及微观机理研究

热导率是表征物质导热性能的一个重要物性参数.通过分子模拟从微观角度揭示有机物分子液体导热机理并计算热导率具有重要的理论意义和应用价值.通过非平衡态分子动力学模拟方法,分别模拟了庚烷、己醛、2-己酮和己醇在263～363 K的热传导过程并得到了热导率.4种有机物在263～363 K下热导率的计算值与实验值的相对平均偏差分别小于5.40%,5.46%,4.29%和7.80%,表明模拟结果与实验结果基本一致.热流分解和原子热路径的结果表明,对总热流有显著贡献的库仑相互作用项、范德华相互作用项和扭转角项都随着温度的升高而减小,这使得4种有机物的热导率随着温度的升高而降低.同时研究表明温度的升高增大了分子的原子振动,加速了分子运动,降低了模拟体系的质量密度.本文为温度对液体热传导影响提供了微观解释和理论依据.     

A new method of acquiring a permanent full-scale oil flow pattern in hypersonic pulse tunnel

This paper presents a new method of acquiring a permanent full-scale oil flow pattern using a sheet of wax paper and its application to the study of swept shock and boundary layer interaction in the hypersonic pulse tunnel. It is gratifying to notice that the technique is easy to apply to a model and offers a clear authentic full-scale visible flow pattern that is investigated by visual inspection without photographic processing. The present study indicates that the oil dot wax paper visualization is trustworthy and particularly suited to short duration facility.     

Thermal Radiation Modelling in Tunnel Fires

Modelling based on Computational Fluid Dynamics (CFD) is by now effectively used in fire research and hazard analysis. Depending on the scenario, radiative heat transfer can play a very important role in enclosure combustion events such as tunnel fires. In this work, the importance of radiation and the effect of the use of different approaches to account for it were assessed. Firstly, small-scale tunnel fire simulations were performed and the results compared with experimental data, then realistic full-scale scenarios were simulated. The results show up the capability of CFD modelling to reproduce with good approximation tunnel fires. Radiation proved to be noteworthy mainly when the scale of the fire is relatively large. Among the various approaches employed to simulate radiation, the use of the Discrete Transfer model gave the most accurate results, mainly when the absorption-emission characteristics of the combustion products were taken into account. Finally, the suitability of the use of CFD in quantitative Fire Hazard Analysis is discussed.     

有限元-统计能量分析法的拖拉机驾驶室噪声研究*

对某拖拉机驾驶室内中频噪声进行预测,建立了拖拉机驾驶室FE-SEA(有限元统计能量分析)混合模型,通过理论计算和试验方法获取驾驶室结构内损耗因子等数据;加载振动和噪声激励后进行有限元-统计能量分析联合仿真,将仿真获取的驾驶室声压级与实测数据进行对比,分析对比表明该模型在中频段利用FE-SEA混合法分析所得结果与试验测试值拟合程度较高,分析各子系统对驾驶室声腔的能量贡献度,确定对驾驶室噪声贡献较大的子系统,针对性对驾驶室声学包进行整改,获得一定降噪效果。