闭口系统的间接做功能力及其度量

本文将系统对外做功的方式分为间接和直接做功两类,并对这两类做功过程进行了分析和讨论.对于间接做功过程,(火积)可以描述系统做功能力的变化,并可用于这一类做功过程的分析与优化,而熵产最小化方法并不总适用.然而,现有(火积)理论不能用于描述系统直接做功能力.     

斯特林循环输出功率优化分析

基于有限时间热力学理论,结合理论和熵产理论,以输出功率最大为目标对斯特林循环进行了分析和优化,探讨了损失、耗散、熵产、熵产数及改进熵产数在系统参数优化方面的适用性.研究表明,当循环的热源为给定温度的无限热容热源时,系统的最大损失率对应于最大输出功率,最小熵产率和耗散率极值不与最大输出功率对应.当系统的热源为有限热容热源时,在给定高低温热源流体入口温度和热容量流的条件下,系统的最大损失率、最小熵产率、最小熵产数和最小改进熵产数均对应于系统最大输出功率,而耗散率极值不对应.随着高温热源流体热容量流增加,系统的输出功率、损失率、熵产率和耗散率均随之增加,而熵产数和改进熵产数先减小后增加.综合而言,在本文讨论的各种工况下,损失的概念用于斯特林循环输出功率优化时,其一致性优于本文讨论的其他参数.     

（火积）在航天器热控系统并联热网络优化中的应用

本文针对航天器热控系统中并联热网络的流量分配与面积分配的优化问题,建立了其数学物理模型,并结合（火积）理论对其进行了分析计算和讨论.理论分析发现,该问题的优化设计目标（当量传热温度最低）与（火积）耗散极值原理所指出的优化方向是一致的.以两支路热网络系统为例,本文采用牛顿法对系统的（火积）耗散率求极值,对其流量分配与面积分配问题进行了优化计算,对比了最小熵产原理与（火积）耗散极值原理在分析该类问题时的异同,并根据计算结果讨论了优化结果的影响因素.研究发现,（火积）耗散极值原理在分析航天器传热优化问题中更具适用性;在优化结果的影响因素方面,支路的散热任务和总的传热面积对优化结果影响较大;对于冷流体流量,当其值超过某个阈值时,它对优化结果将几乎没有影响.同时,本文的计算结果表明,牛顿法是计算本问题的有效方法,在十支路热网络系统中仍可在较短计算时间内给出优化结果.     

（火积）耗散极值原理在辐射换热优化中的应用

类比于导热和对流换热过程中（火积）的定义,在辐射换热中引入（火积）流和耗散的概念,由于辐射换热是不可逆过程,故在该过程中将部分被耗散.提出了辐射换热优化的（火积）耗散极值原理：对于具有一定约束条件的辐射换热过程,在给定温度边界条件的情况下,（火积）耗散最大时辐射换热过程最优（热流最大）;在给定热流边界条件的情况下,耗散最小时辐射换热过程最优（温差最小）.最后针对具体算例说明了该原理在辐射换热中的应用     

薄膜材料导热性质的测量

应用交流光热法测量薄膜材料的热扩散率,测量范围为１０－７～１０－３ｍ２／ｓ．对于不同热扩散率的材料样品,在测量中会产生不同类别的系统性误差,如二维效应、散热效应、空气层作用以及端部反射效应．分析了对不同热扩散率的材料样品进行测量时产生系统性误差的类别,并简单介绍了防止和修正的方法．针对聚合物膜、不锈钢箔、铜箔与化学气相沉积金刚石膜等各类材料进行了实测,取得了较满意的结果     

旋成体滚转过程中Bistable流场的数值模拟与实验

通过风洞测压与数值模拟研究了旋成体滚转过程。结果表明,侧向力的滚转角效应与模型加工精度有关;位于模型头部尖端一定量级的微扰动不仅能触发非对称,而且促使流场呈现Bistable状态。然而法向力无明显的滚转角效应。研究流场表明Bistable的左右两类涡系在结构上无明显差异,也并非完全的镜像状态。通过控制微扰动的周向位置可以获得期望的非对称多重涡流场。涡系诱导作用增强,对侧向力和法向力都有增值。     

热电泵-相变材料热控系统的实验研究

为解决排热功率剧烈变化的航天器大功率组件的温度控制问题,提出了小型热电泵相变材料热控系统。通过实验研究了5种不同设计方案下大功率组件的温度波动情况,其中将大功率组件置于相变材料容器和热电泵之间的方案最佳,能有效降低大功率组件最高温度和温度波动幅度,其最低温度为24.5℃,最高温度为55.2℃。研究了大功率组件在向阳期间和阴影期间工作的两种模式对温度波动的影响,发现前者更有利于降低大功率组件的最高温度和温度波动幅度。结果表明,采用该热控系统对航天器短时大功率组件进行温度控制是可行的。