载人航天器舱壁温度动态分析

本文分析了采用三层结构舱壁的载人航天器在轨飞行时由于热辐射环境的变化引起的舱壁温度波动及温度分布,数值计算结果表明内防护层的温度分布比较均匀,受外部辐射变化影响很小,而对内部空气温度的波动响应比较大。并根据此结果提出了地面模拟的简化模型,分析了模型时间常数的影响因素,用数值计算验证了缩小实验周期的可能。     

微重力条件下舱内通风换热的地面模拟技术

在微重力条件下,舱内的强迫通风换热占绝对优势,在地面由于重力的影响,会产生自然对流,从而形成混合对流换热.通过理论分析和数值模拟,发展了一种温度-材料-Nusselt数综合保持技术,即利用舱内的通风,通过减小尺寸降低Grashof数,提高速度保持Reynolds数,使Gr/Re²小于某一值,从而达到抑制自然对流、消除或减小重力影响的目的,从而能保持原型和模型的Nusselt数不变、流场和温度场的相似.利用数值计算的方法,对这一技术进行了验证.     

航天器变速热泵回路的技术优势分析

在保证航天器废热排放量的基础上,通过计算对比分析了固定转速热泵回路热控系统和变速热泵回路热控系统的耗电量,结果证明后者比前者节能20％左右。综合分析还表明:变速热泵可以实现软启动,对航天器上的电网无冲击,对其它用电设备无干扰;可以实现快速制冷和供热;控温精度高,回舱流体温度波动小;可靠性高,寿命长;脉动噪声小;可以实现无级调速,具有热负荷调节范围宽等技术优势。变速热泵技术已经发展成熟,具备了在航天器上应用的条件。     

对流换热过程的热力学优化与传热优化

为了进一步明确对流换热过程中热力学优化与传热优化之间的差异,本文分别利用熵产最小原理、(火积)耗散极值原理针对两种边界条件下的对流换热问题进行分析,讨论熵产,(火积)耗散与有用能损失以及对流换热能力之间的关系.结果表明:熵产最小意味着系统的有用能损失最小,但并不反映系统的对流换热能力的强弱;而(火积)耗散取极值意味着系统的对流换热能力最强,但与系统的有用能损失不存在对应关系.因此,对于将降低有用能损失作为优化目标的换热问题应采用熵产最小原理进行分析;而对于需要将提高换热能力作为优化目标的对流换热问题应采用(火积)耗散极值原理进行分析.     

水升华器工作过程的数值模拟与分析

为进一步了解水升华器的工作过程,本文以多孔板为研究对象,建立了微孔内介质工作过程的物理数学模型。采用变时间步长的焓方法对冰的融化和水的凝固过程进行了数值求解;给出了冰层击穿的力学判据;提出了用于求解液-固-汽界面移动问题的两步法。得到了标准工况下工作过程中微孔内介质温度和流量、界面位置和散热热流密度等参数随时间变化的模拟结果.结果表明,在多孔板内存在稳定的周期工作模式。     

压缩式热泵膜蒸馏系统的分析与实验研究

本文将探索应用减压膜蒸馏技术制取纯净水,同时采用压缩式热泵回收水蒸气冷凝潜热用于加热原料液,以提高能源利用率的可行性。压缩式热泵系统以R142b为工质,在热源(原料液)温度为55~65℃、冷源(水蒸气)温度为30℃-50℃的条件下,系统的COP可达3.0以上,系统单耗173 Wh／kg。与TIMES相比,不仅提高了产水率,而且明显降低了系统的单耗。指出了进一步降低制冷温差,提高系统运行经济性的技术途径。     

二维传热数值计算程序在图形卡上的实现

本文针对通用图形处理器(GPGPU)的特点,对二维传热数值求解算法及三类不同边界条件问题在GPU上的求解进行了分析.图形处理器是一种专用并行处理器,主要用于三维场景渲染加速,其结构和程序设计方式与CPU完全不同,但却比CPU具有更强的浮点运算能力和内存带宽.随着图形处理器可编程特性的发展,它已越来越超出原有的应用范围,向通用计算领域发展,成为一个新的研究领域.采用Jacobi迭代,能够在GPU上实现二维导热方程的求解.本文在已有研究的基础上,实现了二维导热计算的混合边界条件问题在GPU上的求解方法,通过计算时间的比较显示GPU在计算传热学中有良好应用前景.     

通道内空气热磁对流的协同分析

为研究通道内空气热磁对流的流动规律,用数值模拟方法,研究了磁场作用下二维模型水平通道内的流动换热过程,获得了通道内的磁通密度分布和空气温度轴向分布,在此基础上,建立了一维通道内空气热磁对流的数学模型,就温度场和磁场的相对关系对水通道内热磁对流过程的影响进行了数值计算,获得了通道内不同温度场、磁场以及其不同相对位置下的通道空气流量,并讨论了磁极形状对空气流量及其变化的影响。     

矩形方腔内流动分叉现象的数值研究

为了研究矩形方腔内空气的流动特性,本文对不同初始条件、不同雷诺数下方腔内的流动状况进行了数值模拟。计算结果表明,当方腔内的雷诺数较大时,方腔内空气的流动会出现分叉现象,即对不同的初始条件,尽管边界条件完全相同,计算所得的流场却不一样。而当雷诺数小于某一值时,流场与初始条件无关,无分叉现象出现。     

水平圆管通道内热磁对流的实验研究

由于温度分布不均匀而导致磁场中的磁性流体受到非平衡的磁场力作用,而发生流动的现象,称为热磁对流。它是一种由体积力驱动的类似自然对流的流动,可以通过设计合适的磁场来控制热磁对流的强度和方向。本文对水平圆管通道内热磁对流进行了实验研究,测量了通道内及壁面的温度分布,并通过两种不同的方法根据实验测得的温度分布估算了热磁对流的流量和速度的大小。