空间太阳能热动力系统的轻量化研究

为了降低系统的质量和阻力面积,运用系统分析的方法,建立了空间站太阳能热动力发电系统的物理和数学模型,提出了发射总重量的系统性能评价准则,并对不同条件下的系统部件质量进行了数值模拟,分析了不同操作参数对系统部件质量的影响规律。研究结果表明,操作参数对系统部件质量有正负两方面的影响,优化这些参数可以明显降低系统的发射总质量。     

管肋式辐射器排热特性的数值分析与优化设计

为得到按单面辐射方式布置的管肋式空间辐射器的排热特性，建立了相应的数学模型．采用数值模拟方法分析了管内流体温度、肋片几何尺寸和等效热沉温度对辐射器排热特性的影响，得到了不同参数值下辐射器单位面积排热量以及特定参数范围内的辐射器肋片最佳宽度和肋片效率．数值模拟结果对辐射器的工程结构设计以及空间站热管理方案的优化分析具有一定的参考价值．     

微重力条件下流动与传热传质的地面模拟

为了给载人航天器热设计提供依据,考核热控系统的适应能力以及确定热湿控制参数。发展了材料－温度－湿度保持技术,以实现微重力条件下导热－对流－辐射换热与传质稳态系统的地面相似模拟。通过调整壁面热流密度分布,可以使尺寸适当缩小后的模型的材料、温度和湿度同时保持不变,同时还能抑制由重力引起的自然对流的作用,从而实现地面模型与微重力场中原型流动、换热和传质相似。并用数值方法对均匀进风条件下的流动、换热和传质的相似性进行了验证。     

方腔内混合对流换热的数值研究与模型实验

为研究方腔内混合对流向受迫对流过渡的临界参数,通过数值模拟和模型实验,得到了不同工况下的流场、温度场,并将数值结果与实验结果进行了对比,通过一系列的数值计算,取得了均匀通风方式时混合对流处于受迫对流占优状态、自然对流受到抑制时的特征参数,指出描述方腔内混合对流的特征参数Ｇｒ／Ｒｅｎ中的ｎ不等于２,并发现当自然对流引起的旋涡消失时,自然对流对换热仍有一定的影响。     

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     

细长体绕流tertiary涡的形成与非对称过程

为探讨现代飞行器非对称流动中主涡的形成机理,利用染色线显示和荧光诱导激光片光技术,在北京航空航天大学1.2m水洞对细长体绕流过程进行了实验研究。结果表明,亚临界Re和大迎角零侧滑绕流时,细长体流场呈现复杂的非对称多涡流动现象。随着主涡的生成和发展,在模型背风侧再分离区诱导出一些次生结构,tertiary涡就是其中一种。沿着轴向,主涡发展成熟并依次脱落形成脱体涡,从主涡脱落点也依次产生新生主涡。其中,第1个新生涡由tertiary涡发展而来,而第2个和第3个新生涡则主要由分离剪切层卷绕生成。该文提出了tertiary涡演化为新生主涡的观点。     

动磁式直线压缩机对制冷量与COP影响分析

制冷量和系统性能系数(COP)是评价直线压缩机性能的关键指标。为了提高制冷量和COP,研究了各参数对这2个指标的影响规律。通过数值求解直线压缩机数学模型,得到了动磁式直线压缩机的启动特性以及制冷量和COP随各参数变化情况。由计算结果可以发现,动磁式直线压缩机的线圈电阻、摩擦阻尼、动子质量、弹性系数以及磁力系数等对压缩机运行均有比较大的影响。对制冷量及COP来说,磁力系数并非越大越好,制冷量与COP之间在频率上存在不匹配的特点。计算结果为动磁式直线压缩机的设计和制冷量的调节提供了参考。     

微尺度下壁面粗糙度对面向导热影响研究

随着空间尺度的缩小,界面对导热的影响就会越来越明显。本文采用非平衡分子动力学模拟方法模拟了壁面的粗糙度对面向导热的影响,并给出微尺度下的粗糙度定义。在模拟中构造了不同的壁面粗糙度,得到了面向热导率随着壁面粗糙度增加而减小的结果。分析认为壁面的镜面反射率随着粗糙度增加而减小,而镜面反射率减小将导致热导率下降．     

(火积)——描述物体传递热量能力的物理量

从导热过程与导电过程的比拟出发，引入了与电容器的能量相对应的新的物理量Eh=QvhT／2．它具有“能量”的性质，它描述了一物体所具有的热量传递的总能力．由于它是热容量与温度乘积之半，因此把此物理量称之为[火积]．热量传递是一个不可逆过程，在传递过程中部分[火积]将被耗散，其数值可由[火积]耗散函数的体积分求得．在建立了[火积]平衡方程的基础上定义了[火积]传递的效率，从而可讨论传热过程的优化．在变分分析的基础上，提出了导热过程优化的[火积]耗散极值原理：对于具有一定的约束条件并给定热流边界条件时，当[火积]耗散最小，则导热过程最优（温差最小）；在给定温度边界条件时，[火积]耗散最大，则导热过程最优（热流最大）．基于[火积]的耗散这个物理量定义了多维导热问题中的当量热阻，从而可把导热优化的[火积]耗散极值原理归结为导热优化的最小热阻原理．最后，以体点散热问题为例，计算了使导热性能最好的导热系数的最佳分布，并对优化前后的导热性能作了比较．