一种热网络方程计算方法的改进

通过热网络离散节点群控制方程的敏感性分析,提出了一种新的热网络方程求解改进方法———分离变量参数系数方法,用于分析航天器表面材料性质对温度场分布的影响.同时,采用蒙特卡罗射线踪迹法求解太阳直接入射面积和太阳辐射传递系数,考虑了航天器几何遮挡关系对热网络系数的影响.计算结果表明:航天器虚拟模型主体部位的最大温度值要高于太阳电池板的温度.在开始阶段,冷却速度迅速增加至最大值,然后再慢慢降低并有17K温度的偏差.为了分析材料表面的太阳吸收系数对温度分布的影响,以a=0.35为算例原值,对于与原值的吻合程度,太阳吸收系数增大的影响优于其减小的影响.     

采用Kagome夹心板的航天器仪器安装板振动控制

为了实现航天器仪器安装板的振动控制,建立了采用Kagome夹心板制作的仪器安装板的有限元模型,并选用一种圆柱形黏弹性阻尼器,通过Biot模型建立了该阻尼器的有限元模型;计算了各阶模态中Kagome平面桁架的模态应变能在结构总模态应变能中所占的比例,将其作为模态可控度,再结合给定载荷情况下的模态位移来确定需要控制的模态,由此提出了一种利用模态应变能比来控制多模态振动的阻尼器布置方案.特征值分析及时域响应数值模拟表明,该阻尼器布置方案只需使用很少数量的阻尼器,便可以显著增加较宽频带内所有模态的阻尼比,而且对于其他模态的振动也有一定的抑制作用.     

空间热控制系统部件箱的传热特性数值模拟

针对空间热控系统的部件箱体的传热特性,采用有限元分析软件I-DEAS的TMG模块,对部件箱体在冷热工况下进行分析计算,得到部件箱的温度分布,以及部件箱体内热流在周期内的波动;对部件箱部件与板的热连接进行敏感性分析,无内流体的部件的温度受其与固定板的热连接影响较大。有内流体的部件温度受其与固定板的热连接影响较小;对系统在极度恶劣情况下进行了安全性分析,分析结果表明系统温度在设计范围内。     

筏板基础混凝土水化热研究及数值模拟

从实际工程出发,分析了在混凝土浇筑和固化前期,水化热形成的复杂的温度场.从混凝土28 d龄期内水化热所形成的温度场及相关计算方法的论证入手,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件,对高层建筑筏板基础大体积混凝土的温度场进行热分析;初步仿真计算了筏板基础28 d龄期内的温度分布规律,从而得到用计算方法预测的温度场,为实现温致开裂趋势评估和制订科学的降温施工工艺的目标提供了阶段性的成果.     

基于节点群整合方法的航天器热网络模型修正技术

根据航天器节点热网络方程的组成,结合实际机构的工程特点,建立了节点群参数化热网络整合方程,提出以此为基础的航天器热网络模型修正技术.基于原型热试验数据和导热基本原理的温度外推计算公式,可用来确定无测点的节点温度,解决航天器热试验温度测点不足,致模型修正工作无法付诸实施的难题.利用热网络修正模型,可以得到误差在工程许可范围的计算结果.     

功能梯度材料板在周期温度边界条件下的温度响应

在热载荷作用下,功能梯度材料板结构内部将产生温度场,变形场以及应力场等.通过解析推导和数值计算获得功能梯度板在不同组份材料体积分数分布以及不同边界温度频率下的温度响应.采用摄动法和分离变量法,得到功能梯度材料板内温度响应的解析表达式.作为算例,考虑材料组份沿板厚方向按幂律变化的情形,计算并讨论不同梯度因子、边界温度频率对陶瓷-金属梯度材料板内温度响应的影响.     

拉压弹性模量不同材料板的热弯曲及屈曲

为了分析拉压弹性模量不同材料板在热状态下的力学行为,采用弹性理论研究了拉压弹性模量不同材料板的热弯曲及屈曲问题。建立了拉压弹性模量不同材料板在热状态下的弯曲微分方程,推导出了相关板热弯曲的解析解;选取梁函数作为试函数,采用Galerkin原理推导出了热屈曲时的临界载荷,该方法计算结果与有关文献计算结果的误差很小;并讨论分析了长宽比、温度对拉压弹性模量不同材料板热弯曲及屈曲的影响。研究结果表明:拉压弹性模量不同材料四边简支矩形板的中点弯曲挠度随着长宽比的增大逐渐变小,而随着温度比增大拉压弹性模量不同材料四边简支矩形板中点弯曲挠度也逐渐增大;当拉压弹性模量相差较大时,采用单模量弹性理论研究拉压弹性模量不同材料板热弯曲及屈曲是不合适的。     

多孔陶瓷板燃气预混燃烧的试验研究

多孔陶瓷板燃烧器头部的主要构件是多孔陶瓷板,其对燃烧状况的影响十分突出,简略介绍了X型多孔陶瓷板的制备工艺,并与热铸成型工艺进行了比较,对X型多孔陶瓷板的特性参数进行了测量,包括外形尺寸、密度、抗弯强度、热膨胀系数、导热系数、抗热震性能,详细介绍了多孔陶瓷板城市燃气预混燃烧的试验装置,对燃烧实验中的热工参数进行了测定,得到了多孔陶瓷板内固体温度的分布,实验结果可和于指导新型多孔陶瓷板的研究及开发。     

平板在周期温度激励下的非傅里叶温度响应

采用双相延迟热传导模型，研究了无限大平板在高频周期温度边界条件下的温度响应．在假设温度在空间只沿板厚方向变化的情况下，采用分离变量法求解了双相延迟热传导方程，得到了板内温度场的解析表达式．通过数值计算，给出了板内温度响应在不同参数下的变化趋势，分析了热流矢量延迟时间和温度梯度延迟时间对温度响应的影响．结果表明：在高频热扰动下，板内温度响应具有显著的非傅里叶特性．     

热端温度对热声发动机性能影响的数值研究

建立场协同模型,采用计算流体动力学(CFD)方法,对1/4波长驻波热声发动机进行二维数值模拟研究,分析不同热端温度下系统内声功率的变化情况以及板叠与气体工质间的对流传热特性。研究结果表明:波动压力与体积流率幅值随着热端温度的升高而不断增大,相位差随着热端温度的升高呈下降趋势,特定结构的热声发动机对应使系统声功输出最大的最佳热端温度;随着热端温度的升高,板叠与气体工质间的换热量也不断增大,且发现声功率并不与热流量成正比,板叠存在着固定吸热与放热区域。     

燃煤锅炉可调卫燃带活动隔热层的设计

提出了可调节燃带的物理模型,计算和分析了可调卫燃带隔热板主要热物理参数对各层隔热板内壁温的影响,并据此给出了隔热板安全工作时隔热板材料导热系数和厚度的推荐值。传热计算表明：如隔热板材料采用推荐的导热系数和厚度,当2层隔热板重叠时内外层隔热板不需要冷却保护,而3层隔热板重叠时只有外层隔热板内壁温度超过耐热钢允许的工作温度,因而应对外层隔热板采用冷却保护措施。     

中国载人航天空间环境监测系统的发展

 空间环境是航天器的运行环境,直接关系到航天员和航天器的安全。监测、研究和预报空间环境,是保障航天员、航天器安全的一项重要手段。国内外载人航天工程逐步开展了辐射剂量、带电粒子、轨道大气、等离子体、空间碎片等空间环境参数探测。结合中国载人航天工程发展历程和阶段,着重介绍了中国神舟飞船、目标飞行器的空间环境探测研究情况,提出了后续空间站空间环境探测研究的建议。     

Thermal behavior simulation of Ni/MH battery

Thermal behavior of overcharged Ni/MH battery is studied with microcalorimeter. The battery is installed in a special device in a microcalorimeter with a quartz frequency thermometer. Quantity of heat and heat capacity of the battery charged at different state of charge (SOC) at different rates are measured by the microcalorimeter. Based on a series of assumputions, heat transfer equation is set up. Expression of heat generation is attained by curve fitting instead of theoretical calculation. Thermal model is used to simulate thermal behavior of the battery in charging period, results of calculation and experiment match very well. The temperature distribution is non-uniform because the poor conductivity limits the heat transfer during charging process. It is difficult to greatly improve the heat conductivity of the battery because it is related to materials inside the battery including electrodes, separators and so on. Therefore, high rate charge should be avoided in actual use. It may cause some damage to the battery. Supported by the National Key Basic Research and Development Program of China (Grant No. 2002CB211800)     

圆形径向梯度表面能材料表面的凝结换热系数

在均质表面上的单个球缺形液滴换热模型和液滴通用尺度分布规律的基础上,结合梯度表面能材料表面上的液滴分布和凝结换热特性,得到了圆形径向梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式．在此基础上,研究了壁面过冷度、接触角梯度、工质物性等参数对梯度表面能材料表面滴状凝结换热性能的影响．     

相变贮热材料及其在太空中的应用

相变贮热材料是绿色材料，种类达4300多种，具有清洁和节能等优点。系统地介绍了相变贮热材料分类及其特点，讨论了相变贮热材料在太阳能热动力发电、航天器仪器仪表的恒温控制、舱外航天服方面的应用。     

异厚度铝锂合金激光焊接温度场数值模拟研究

对异厚度铝锂合金激光拼焊的温度场进行ANSYS三维瞬态有限元分析。用过渡网格划分网格以保证焊缝处网格足够细小,从而提高计算精度和效率。热源模型选取高斯函数分布,移动热源的加载则利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现,同时利用多步循环来实现对激光焊接过程的模拟,得到相应的温度场分布。从模拟结果可看出,激光焊接过程温度场呈椭圆分布,焊件上形成了准稳态温度场。薄厚两板温度场存在差异,薄板温度场范围、熔池尺寸、熔化范围均大于厚板。为研究材料在激光加工过程的性能改变提供参考。     

电热隧道窑温场分析与模拟

利用热辐射原理,采用热平衡法对电热隧道窑的高温恒温区温场进行了分析和模拟.计算中将发热棒分解为无数微元发热面与烧结体进行热交换,依据辐射强度定律,建立了烧结体接收能量的数学模型,并用计算机进行了模拟计算.结果表明,依据模拟结果来优化硅碳棒的排布,可使结构设计更加合理,进而可以获得分布均匀的恒温区温场.计算结果已在窑炉设计中应用,实践效果良好.     

活塞隔热性能有限元分析及试验验证

采用有限元计算方法和试验验证相结合对某复合隔热结构活塞的隔热性能进行了研究.首先基于性能仿真计算及经验公式确定了活塞换热边界条件,然后利用有限元热分析方法得到了该活塞的温度场及热流分配模型,并探讨了复合隔热结构活塞热流分配模型发生变化的原因.最后通过复合隔热结构活塞温度场模拟试验对活塞的隔热性能进行了试验验证.研究结果表明,隔热垫、气隙等隔热结构提高了活塞的热、机载荷承载能力,活塞隔热度超过了60%;复合隔热结构活塞温度场模拟试验结果与有限元计算结果之间误差在5%以内,说明有限元计算结果具有很高的工程参考价值.      

油管掺液稠油泵井筒流体温度分布计算

根据传热学和能量平衡原理 ,考虑环空产出液与油管掺入液及地层之间的双重热传导作用 ,同时考虑了由流体相变导致的焦耳汤姆森效应 ,建立了稠油泵井筒流体温度分布数学模型 ,并研究了温度分布随时间的变化规律。编制了计算程序 ,该程序能用于计算任意生产时间及井筒深度下掺入液及产出液的温度。计算结果表明 ,在一定条件下 ,生产时间及焦耳汤姆森效应对井筒温度分布有明显的影响。     

边界约束对中厚板焊接残余应力的影响

基于已有试验数据及有限元模型计算结果,对约束、自由边界下中厚板焊接残余应力进行了数值模拟,通过改变热、力学边界,得到了焊前预热、焊后热处理,力学约束程度、约束距离改变对不同外边界焊接残余应力的影响。结果表明：预热将显著降低热影响区残余应力,约束条件下母板残余应力的降低与预热温度成正相关,自由边界残余应力基本不受预热影响;焊后热处理使得高温非线性区(焊缝及热影响区)纵、横向残余应力降低,约束条件下横向应力在整个母板表面改变明显,而自由状态下纵向应力仅在板边缘发生波动;约束增强仅增大应力值,不改变应力分布趋势;板端约束对残余应力的影响存在单向性,横向约束的改变对纵向残余应力的影响可以忽略;约束大小保持不变,约束距焊缝的远近程度的改变对近缝区残余应力的影响较小,有限元计算在保证一定精度的前提下可以适当的减小建模尺寸以提高求解速率。