空间屏打孔多层隔热材料热计算模型

分析了空间屏打孔多层隔热材料中导热和辐射的复合传热问题,在一定假设的基础上,根据反射屏能量平衡方程,建立了反射屏稳态温度计算模型和投射辐射数值分析模型。结合AD I法,对两个方程组进行迭代求解,得到材料屏间投射辐射热流和反射屏的温度。将文中模型的预测结果与文献中实验值进行比较,验证了模型在工程上应用的可行性。同时分析了当量导热系数、各种热流以及内部温度分布随层密度的变化规律,对材料的优化设计具有积极的指导意义。     

原向反射屏剩余发散角测试

 提出了玻璃微珠原向反射屏的剩余发散角概念和测试方法：将激光光束投射到原向反射屏,其反射回的激光光束成像到硫酸纸（接收屏）上。利用相机拍摄不同距离下原向反射屏的成像光斑,得到光斑的图像数据;并处理相应图像数据,计算出剩余发散角。通过实验测得所用的玻璃微珠原向反射屏的剩余发散角为0.447 8°。     

中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

基于高阻抗表面的多频带Salisbury屏设计

为进一步提高传统Salisbury屏的吸波性能, 本文提出了利用高阻抗表面在特定频率同相反射的特性, 替代原有结构中的金属平板设计多频带Salisbury屏的方法. 通过分析不同频率电磁波经高阻抗表面反射后空间电磁场的场强分布, 说明可以通过共用Salisbury屏的损耗层, 在高阻抗表面同相反射的特征频率附近引入新的吸收带. 以不同尺寸方形周期结构的单频和双频高阻抗表面为例, 从仿真和实验两个方面验证了多频带Salisbury屏设计的可行性, 且实验和仿真结果十分符合. 结果表明, 多频带Salisbury屏基本保留了原有的吸波性能, 同时又引入了新的吸收峰, 吸收峰的位置和数量与高阻抗表面同相反射的频带位置和数目有关. 与传统的Salisbury屏相比, 在材料增加厚度不足1 mm 的情况下, 多频带Salisbury屏的设计使反射率小于-10 dB的吸波带宽由8.5 GHz增加到10.1 GHz, 且实现了向长波方向的拓展, 最低频率由7.5 GHz拓展到5.98 GHz.     

一种编码式宽带多功能反射屏

提出了一种可控的宽带多功能反射屏.通过将射频微机电系统技术与反射屏设计相结合,首先设计了可编码式工作的单元,该单元具有工作频带宽、损耗小、控制简单的特点.由该单元基于不同编码矩阵构成的反射屏可以实现不同的功能.文中展示了多功能反射屏的极化旋转和捷变散射场性能.仿真结果表明:设计的反射屏在8.9—13.2 GHz频段范围内极化转化率高达90%以上,且在8.9—13.1 GHz频段范围内可实现10 d B以上的雷达散射截面减缩.实测结果与仿真结果基本一致.     

中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

 在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

一种兼有高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线设计

设计了一种同时具备高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线.将蚀刻有互补开口谐振环的方形贴片人工磁导体正交布阵得到宽带低雷达截面积(RCS)反射屏并以之代替原天线的全金属反射板,通过优化反射屏的加载方式,在展宽天线工作频带、提高天线增益的同时,实现了宽频域范围内天线鼻锥方向RCS减缩.实测结果表明:加载低RCS反射屏的缝隙天线工作带宽增加了100 MHz,前向增益提高了3.2 dB,在5.52—6.63GHz范围内RCS减缩量达10 dB以上,减缩带宽达到20%.     

绝热材料低温热导率测试系统设计及试验研究

设计了一套绝热材料低温热导率测试系统。该系统以G-M制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法对G10材料的热导率进行了试验研究。结果表明:该系统使用温区广,在4K~300K之间;通过测试两种不同尺寸样品的热导率,得到测试误差在2.9%以内,说明了该系统对绝热材料热导率的测试是可实现重复性的。利用该低温热导率测试系统可对其他不可压缩绝热材料的热导率进行测量。     

覆盖X和Ku波段的低雷达散射截面人工磁导体反射屏

设计并制备了一种基于人工磁导体(artificial magnetic conductor, AMC)的覆盖X和Ku波段的宽带低雷达散射截面(radar cross section, RCS)反射屏. 将双频带耶路撒冷十字形AMC结构和宽带双金属方形AMC结构复合, 通过参数优化, 使耶路撒冷十字形结构的反射相位反转频点与方形结构的反射相位零值频点重合或者非常接近, 进一步扩宽有效相位差区域, 从而拓展RCS减缩带宽. 给出了反射能量峰值方位的一般理论计算公式, 当入射角度、棋盘单元尺寸和观察频率确定后, 可通过公式计算出反射峰的方位. HFSS软件仿真结果与理论计算结果符合较好, 验证了理论公式的正确性. 同时与等尺寸金属平板相比, 在7.4–17.0 GHz 频带内, 除9.8 GHz附近的少数频点外, 天线后向RCS均有-10 dB以上的减缩, 基本覆盖X波段和Ku波段, 相对带宽为78.7%, 在11.6 GHz时, 减缩量最大, 达到40.3 dB. 加工了反射屏实物并进行测试, 测试结果与仿真结果基本一致, 证实了反射屏具有宽带的低RCS特性.     

常压条件下复合多层绝热材料隔热性能研究

为研究常压环境湿度对硬质聚氨酯泡沫与多层绝热材料组合的复合多层绝热材料隔热性能的影响,常压下采用量热器法测量了该绝热材料在高、低湿度环境下的表观热导率,并通过建立多层绝热材料的常压逐层传热理论模型,分析了常压环境中复合绝热材料的隔热机理,及湿度对其隔热性能的影响。结果表明:常压条件下,环境湿度增加一倍,复合多层绝热材料的表观热导率增加约13.07%,且湿度对多层绝热材料隔热性能的削弱是其隔热性能降低的主要原因;基于干空气与凝结水/冰并联热阻的常压逐层传热模型与实验结果吻合良好,通过改进现有常压多层绝热材料的传热模型,分析了湿度对多层绝热材料隔热性能的作用机理。     

层间稀薄气体传热对多层绝热材料性能的影响分析

通过建立的热量传递模型,分析了不同的气体稀薄程度(Knudsen数)时,气体传热对多层绝热材料有效热导率和各层温度分布的影响。分析表明:由多层绝热材料真空度变化引起的稀薄气体传热量波动较大,在10—60层/cm层密度范围,真空度低于100Pa时,Kn数属于自由分子状态区域和中间压强区域,此时材料的有效热导率随残留气体热适应系数的增大而减小,并随着真空度的降低而增大;当残留气体为空气时,为保证多层材料的绝热性能,尽量维持真空度不低于10-2Pa。同时分析表明,为有效降低低真空下稀薄气体传热对多层绝热性能的影响,可以采用综合热适应系数较低的气体置换夹层中的空气,以减少低真空多层绝热材料的有效热导率,改善绝热性能。     

气体传热对多层绝热性能影响的试验研究

文中通过建立的能进行夹层气体置换的稳态量热器试验系统,试验分析了夹层气体传热对多层绝热材料有效热导率的影响,重点对置换气体种类、气体压强、材料层数及冷热边界温度对多层材料的影响进行试验研究。试验表明在10—60层/cm层密度范围,真空度低于100Pa时,Kn数属于自由分子状态区域和中间压强区域,此时材料的有效热导率随残留气体热适应系数的增大而减小,并随着真空度的降低而增大,当残留气体为空气时,为保证多层材料的绝热性能,应尽量维持真空度不低于10-2Pa。同时,分析表明为有效降低低真空下稀薄气体传热对多层绝热性能的影响,可以采用综合热适应系数较低的气体置换夹层中的空气,以减少低真空多层绝热材料的有效热导率,改善绝热性能。     

On the combined heat transfer in the multilayer non-gray porous fibrous insulation

A detailed numerical modeling is performed to investigate coupled heat transfer of natural convection, radiation and conduction in high-temperature multilayer thermal insulation (MTI), which consists of high-porous, non-gray semitransparent fibrous materials and reflective foils. Radiation within fibers, radiation between fibers and the reflective foils, conduction within fibers and convection from the fibers to the surrounding fluid are considered. Macroscopic (porous media) modeling is used to determine velocity, pressure and temperatures fields for fibrous insulation with a random packing geometry under natural convection, whereas the radiative transfer equation (RTE) is used to solve the radiative heat flux for non-gray materials. Key features of the macroscopic model include two-dimensional effects, non-gray radiative exchange, and the relaxation of the local thermodynamic non-equilibrium (LTNE). This model was validated by comparison with experimental data and it was used to investigate natural convection of coupled heat transfer in multilayer insulation, numerical results showed that natural convection is more likely to occur when the heated/cooled rate is low, while natural convection can be ignored in simulating steady-state coupled heat transfer in MTI.     

ITER装置CTB盒冷屏绝热结构初步设计与分析

根据装置系统对CTB盒的绝热性能要求,文章对CTB盒的真空绝热层的选型、搭接处理和真空度保证措施进行了分析和设计,并分别对辐射传热、固体导热、气体导热的表观传热系数,和绝热结构总的热损失进行了数值计算。经初步检验,该绝热结构的设计是可信的,并且其总的热损失能够满足ITER设计文集的要求,为CTB盒内部冷屏的设计和制造提供了可靠的技术参数。     

Simulation of radiative heating of snow and ice coating

Numerical simulation of thermal state was performed for semitransparent medium; the thermal state is formed under impact of incident radiation and convective heat transfer to the ambient medium. The model takes into account the heat transfer to the semi-infinite opaque substrate below the layer of semitransparent material. Computation was performed for governing parameters typical of snow and ice coating during winter period. Solving the radiative part of problem uses the modified average flux method. This method takes into account the dependence of optical properties on the wavelength of incident radiation, scattering, and reflective properties of the layer boundaries.     

表面不透明三层漫反射散射性介质耦合换热

本文采用射线踪迹、节点分析法研究了三层吸收、各向同性散射性介质层内的一维辐射和导热瞬态耦合换热,复合层表面不透明漫反射,介质层交界面半透明漫反射,且半透明漫反射交界面的反射率采用Fresnel反射定律确定。采用一层和二层辐射能量传递模型跟踪辐射能量在三层介质内的传递,从而推导出辐射传递系数。运用辐射传递系数求解辐射源项,在辐射对流边界条件下、采用全隐格式求解瞬态能量方程,并从机理上研究了辐射和导热耦合换热过程。     

吸收-透射界面下正弦折射率介质内辐射换热

对具有吸收-透射性边界面的梯度折射率半透明介质层,建立了介质内热辐射传递与边界面辐射换热的数理模型,并采用数值弯曲光线跟踪法求解介质内的热辐射传递。通过数值模拟,分析了正弦折射率下,边界面的反射特性、吸收率以及介质层光学厚度对介质内热辐射平衡温度场及热流分布的影响。结果表明,边界面的反射特性与吸收率对介质内辐射换热均有重要影响,吸收率的影响与边界面反射特性、介质层光学厚度及环境条件相关,呈现特征不同的作用。     

制冷型红外光学系统温栏杂散辐射分析及消除方法

在致冷型红外光学系统中加入温栏会引入杂散辐射。杂散辐射包括温栏自身的辐射及对外部热光的反射。这两种辐射进入探测器后,会降低系统的信噪比和动态范围,影响成像质量。基于辐射及传热理论,提出温栏杂散辐射所引起噪声等效温差的计算模型,并研究了消除温栏杂散辐射的方法。用LIGHT TOOLS进行了光线追迹,对比分析了传统平面环状温栏和球面反射镜型温栏的杂散辐射,验证了理论推导的正确性和消除方法的可行性。结果表明,采用半径为30.3 mm的高反射率球型温栏代替原设计中的粗糙平面型温栏,控制其曲率半径和位置,可使由温栏引入的杂散辐射降低99%以上。     

斜翅型冷凝强化换热管传热性能的实验研究

对一种斜翅型外翅片带内螺纹的冷凝强化换热管进行传热性能的实验研究。管外冷凝换热的制冷剂为R134a,管内对流换热的介质为水。分别在定热流密度与定水流速的条件下进行一系列工况的实验,得到相应的实验数据。在定热流密度条件下,利用Wilson图解法得到管内的换热系数数据及相应的计算关联式。在定水流速的条件下,利用分离方法得到管外冷凝换热系数数据及相应的计算关联式。将强化管换热系数数据与光管换热系数的理论计算值进行了比较,结果表明:冷凝强化换热管管内对流换热的强化倍率为2.4,管外凝结换热系数随壁面过冷度的增加而增大,管外凝结换热的强化倍率为:1.78～3.92。     

纳米流体对流换热的实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数的实验系统,测量了不同粒子体积份额的水-Cu纳米流体在层流与湍流状态下的管内对流换热系数,实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,粒子的体积份额是影响纳米流体对流换热系数的因素之一。综合考虑影响纳米流体对流换热的多种因素,提出了计算纳米流体对流换热系数的关联式。