高空科学气球下降过程航迹与热性能耦合分析

考虑高空科学气球动力学与热力学耦合关系,研究分析下降过程飞行航迹与内部氦气热性能.建立高空科学气球热模型和下降过程动力学模型,包括太阳辐射模型、红外辐射模型、对流换热模型等,仿真得到了某高空气球下降过程高度、速度等飞行航迹参数和氦气体积、温度等热性能参数,分析了参数变化规律与变化原因.研究结果表明,高空气球下降过程存在严重超热现象,超热状态变化导致下降速度变化,下降速度变化又导致超热状态改变;下降初始阶段氦气排放质量对下降速度、下降时间和超热状态均存在重要影响.     

基于多层节点模型的平流层浮空器热力学分析

基于两节点热力学模型,研究多层节点模型的平流层浮空器热特性分析方法.对美国国家航空航天局的超长航时气球的仿真结果表明:多层节点模型可给出囊体不同部位的温度分布及氦气温度随时间的变化规律;高空气球囊体顶部和底部的昼夜温差明显小于平流层飞艇内氦气的昼夜温差;高纬度飞行时的氦气温差更小,降低驻空高度可降低氦气温度.研究结果对平流层浮空器热控设计具有重要的参考价值.     

发光气球有“脾气”

正今年的"网红气球"非发光气球莫属。在夜空里,它们像一串串彩灯飘浮着,美极了!发光气球构造简单,由透明气球、LED灯带、电池、开关等组成。人们打开开关,气球便发光。不过,小编建议大家谨慎购买,因为这种气球可能"脾气暴"。从安全角度考虑,给气球充入空气最安全,但这样的气球不会飘起来;充入氦气也比较安全,氦气是惰性气体,不易与别的元素发生化学反应,而且能让气球飘起来,但因为氦     

不同增压方式对火箭燃料贮箱冷氦增压效果的影响

针对液氧/煤油火箭燃料贮箱采用的冷氦增压方案,搭建试验系统并进行地面模拟试验.探究不同增压方式,包括增压位置、扩散器形式和增压气体流量对增压排液过程的控压稳定性、贮箱气枕区温度分布、氦气消耗率、气液混合以及液体结冰状态的影响.结果表明：与气枕区增压相比,气体在液体区增压时换热充分,同等条件下气体消耗率降低33.1%,但控压稳定性较差;扩散器形式对气体消耗率和贮箱气枕区温度分布影响不大;小流量增压更加节约氦气,与40 L/s排液相比,10 L/s排液可以节约20%氦气;各工况中均未发现液体介质局部过冷结冰现象,且无气泡随液体进入排液管路.试验结果验证了煤油贮箱采用冷氦增压方案的可行性,并为箭上冷氦增压系统的结构设计和工况调节提供参考.     

平流层飞艇光伏电池传热特性

太阳能是平流层飞艇的理想能源,其热特性与飞艇浮力,蒙皮强度息息相关。准确预测飞艇的温度场是飞艇设计的重要步骤,但现有研究缺乏对太阳能电池的热特性分析。本文提出了一种包括太阳辐射,天空、地面长波辐射,蒙皮红外辐射和对流换热的飞艇模型,将几何模型离散化,编写C++程序计算了和分析了光伏电池的转化效率,吸收率、发射率、热阻和飞艇朝向对飞艇热性能、光伏阵列输出功率的影响。结果表明,较大的光伏阵列转化效率,发射率和等效热阻有利于改善飞艇“超冷”和“超热”现象的改善。光伏电池的辐射特性对光伏电池和氦气温度的影响最大：吸收率从0.5增加到0.9,主氦气囊昼夜温差升高约11.2K,光伏电池最高温度升高约29.8K;发射率0.1增加到0.9,主氦气囊昼夜温差降低约15.3K,光伏电池最高温度降低约50.2K。本文计算结果为飞艇的热稳定性的优化提供参考。     

氦气对低温液氧箱体分层压增的影响

为研究气枕中氦气对低温液氧分层及压增的影响,以柱状液氧箱体为例,通过改变气枕中氦气以及氧气含量来改变箱体初始压力,分别计算了初始箱体压力相同以及初始箱体压力不同两种工况下液氧分层压增参数的变化。结果表明:氦气的存在增强了气枕与箱体壁面以及气液界面的对流换热,促进了界面的蒸发相变,并带来了质扩散传递。当箱体初始压力不变时,箱体压增以及气液界面相变量随着氦气含量的增加而增加。在初始氦含量由0.0kg增加到0.563kg的过程中,箱体压增增加了20.91%,气液界面总相变量增加到初值的7.87倍。当箱体初始氧含量保持不变时,箱体压增随着氦气含量的增加而减小,而界面总相变量则呈现相反的变化趋势。在初始氦含量由0.0kg增加到0.2kg的过程中,箱体压增下降了28.66%,但气液总相变量却增加到初值的4.3倍。     

冷冻靶黑腔氦气充注过程数值模拟与分析

基于Hagen-Poiseuille公式、耦合气体增压微分方程及气体状态方程,采用Matlab编程的形式建立了黑腔内部气体增压物理模型,针对冷冻靶黑腔氦气增压问题进行了数值模拟与分析。结果表明:在氦气充注过程中采用连续流体模型计算即可满足精度要求;毛细管的通流能力对腔内压力及温升影响剧烈,在氦气初始温度相同的情况下,毛细管通流能力越大,氦气充注速率越大,但同时腔内气体温升较高;设置冷壁制冷变功率策略后,随着冷壁最大制冷功率增加,充气速率降低,腔内温升降低,冷壁最大制冷功率提高0.5 mW,腔内最大温升下降约13 K;氦气的初始温度对充注过程有较大影响,氦气初始温度降低1 K,充气时间减少约0.6 s,腔内气体最大温升降低约0.1 K。所提出的方法可推广至靶内燃料气体充注及腔内抽空流洗情形,从而可为解决腔内气体充注问题提供一种有效便捷的数值模拟方法。     

基于改进型Smith模糊PID的直接空冷背压控制优化

直接空冷机组背压控制系统具有大迟延、时变、非线性等特性。针对常规PID控制对被控对象数学模型依赖性高,无法自动在线调整控制器参数的问题,设计出一种改进型Smith预估补偿的模糊PID控制方法应用于背压的控制。在已构建的离线仿真控制系统上进行单位阶跃扰动和外部扰动仿真实验。仿真结果表明:改进型Smith预估补偿的模糊PID控制相较于模糊PID控制和常规PID控制而言,具有更短调节时间、更小超调量,既改善了系统纯迟延现象,又提高了系统的适应性和抗干扰能力,对直接空冷系统控制策略的优化具有一定的指导意义。     

IN718合金多步锻造过程中微观组织演变数值模拟

为研究多步锻造过程中工艺参数对大锻件微观组织演变的影响,将再结晶模型和晶粒长大模型加入到模拟软件中,实现了金属高温塑性变形-传热-微观组织演变的耦合.采用数值模拟的方法,研究始锻温度、压下量和空冷时间对多步锻造过程中IN718合金微观组织演变的影响.结果表明,在多步锻造过程中,始锻温度和变形量对微观组织演变影响显著,空冷温度决定了晶粒尺寸大小,而空冷时间对晶粒尺寸影响较小,长时间空冷不会造成晶粒明显粗化.     

分段冷却模式下热轧双相钢的组织演变及力学性能

通过热模拟实验研究了分段冷却模式下变形温度、保温温度及保温时间对Nb-Ti微合金热轧双相钢组织演变及性能的影响.结果表明:降低变形温度可促进铁素体的转变,使马氏体形态由大块状过渡到岛状;保温温度从740℃逐渐降至580℃时,铁素体转变量先增加后减少,保温温度为660℃时铁素体转变量达到峰值;随保温时间延长铁素体转变量增加,且铁素体转变量与时间的关系曲线呈“S”型.采用超快冷+空冷+层流冷的冷却模式并通过调整终轧温度及空冷时间获得了630~710MPa的热轧双相钢,屈强比≤061,相应的组织为铁素体+马氏体或铁素体+马氏体+少量的贝氏体.     

环境风速对空冷凝汽器运行性能的影响

通过建立2×600 MW直接空冷电厂的数值模型,采用Fluent软件计算得到了环境风速影响下空冷凝汽器风机的运行规律,并通过加载翅片管换热器内部汽轮机排汽的凝结程序,分析了环境风速对空冷凝汽器换热量的影响机理.计算结果表明:在环境风速的扰动作用下,环境风速由0 m/s上升至12 m/s时空冷凝汽器周围的流场变化使凝汽器总容积效率下降了15.9%,迎风面风机的容积效率下降幅度更是高达43.6%,而空冷凝汽器的换热量也相应地从1 695.2 MW下降至1 418.6 MW.通过分析获得了环境风速对空冷凝汽器运行性能的影响机理,可为空冷电厂运行背压的预测提供参考.     

潘建伟等在超流领域获得里程碑式突破

正超流是一种宏观范围内的量子效应。由于玻色—爱因斯坦凝聚,氦原子形成一个"抱团很紧"的集体,超流正是这种"抱团"现象的具体表现。物理学界对超流、量子涡旋的研究持续了近一个世纪,超冷原子凝聚的发展为此领域的研究提供了极具可操控性的理想平台,与此相关的研究成     

风力发电机浸润式闭环自循环蒸发冷却系统冷启动特性

通过不同的时间间隔模拟风力发电机典型间歇运行工况,进行空冷式自循环蒸发冷却系统冷启动实验。分析空冷式自循环蒸发冷却系统启动过程中温度、压力等方面的特性。结果表明,随着时间间隔的增长,空冷式自循环蒸发冷却系统初始压力降低,启动时间延长、系统压力阈值升高、冷却介质循环建立难度增大。由于系统冷却及不凝性气体渗漏等原因造成冷凝管进气变难,空冷冷凝器壁温先下降后上升,总体呈下降趋势,研究结果可为风力发电系统的正常运行提供一定的借鉴与支持。     

风力发电机浸润式闭环自循环蒸发冷却系统冷启动特性研究

通过不同的时间间隔模拟风力发电机典型间歇运行工况,进行空冷式自循环蒸发冷却系统冷启动实验。分析空冷式自循环蒸发冷却系统启动过程中温度、压力等方面的特性。结果表明,随着时间间隔的增长,空冷式自循环蒸发冷却系统初始压力降低,启动时间延长、系统压力阈值升高、冷却介质循环建立难度增大。由于系统冷却及不凝性气体渗漏等原因造成冷凝管进气变难,空冷冷凝器壁温先下降后上升,总体呈下降趋势,研究结果可为风力发电系统的正常运行提供一定的借鉴与支持。     

R410A充注量对直膨式太阳能热泵热水器性能的影响

基于太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和电子膨胀阀的集总参数模型和系统制冷剂充注量模型,编制了以R410A为工质的直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序.在集热器出口过热度维持不变的条件下,计算了不同充注量下系统热性能参数,分析了充注量变化对系统热性能的影响特性.结果表明：随着制冷剂充注量的不断增加,蒸发压力和加热时间逐渐减小,压缩机瞬时功率和集热器集热效率逐渐增大;而且,制冷剂充注量的变化对冷凝压力和系统性能系数(COP)的影响很小.     

超快冷对X80管线钢屈强比的影响

对超快冷条件下X80管线钢屈强比的影响因素进行了系统研究;结合光学电镜、扫描电镜和透射电镜对冲击断口和组织的观察,得出了超快冷条件下低屈强比X80管线钢强韧性匹配的最优工艺.结果表明:随着超快冷终止温度的降低,实验钢强度和屈强比均呈升高趋势;超快冷终止温度为655℃时,实验钢组织由针状铁素体、贝氏体和M/A岛组成,强韧性匹配良好;在"超快冷+空冷+层流冷却"的冷却模式下,随着空冷时间的延长,实验钢的屈强比逐渐降低;超快冷的应用在提高实验钢强度的同时有利于实现X80管线钢的低屈强比,为高级别的抗大变形管线钢的开发奠定了基础.     

利用钢渣制备水泥熟料及性能研究

炼钢厂电弧炉产生的钢渣中化学成分与水泥原料的化学成分相似,利用钢渣作为水泥原料之一,可用来制备水泥熟料。水泥的主要原料是石灰石、页岩、河沙、钢渣,通过破碎矿物球磨制取原料的粉末、筛选、配比、混料、煅烧、破碎、球磨、混合、成型及性能的测试分析,可得出如下结论:水泥熟料会随钢渣掺入量增多出现烧结现象,钢渣掺入量最大值会因温度升高而降低,越大粘锅现象越严重;空冷方式优于炉冷方式,空冷得到的熟料硬化后几乎无开裂;15%的钢渣掺入量在1300℃煅烧,保温2 h,500℃取出空冷能得到性能最佳的水泥熟料,水泥水化硬化后不出现裂纹,硬度较高,密度最大,球磨后粒度较好。     

AGB星s-过程核合成:中子辐照量渐近分布

根据13C壳层在脉冲间隔期间辐射燃烧释放中子的AGB星s(slow) 过程核合成模型,采用3层简化假设,研究了氦中间壳层的中子辐照量渐近分布。结果表明,中子辐照量分布不再是通常所认为的指数形式,曲线先有一个简短的上升然后再单调下降,但除中子辐照量较低的一个小区域外,分布曲线仍与指数分布非常接近。这与根据恒星模型进行的核合成计算结果一致。     

基于滑模控制的空气悬架车高控制系统研究

以提高空气悬架车高控制精度为目的,充分考虑空气悬架系统充放气过程的非线性特性,建立了气体管路流量特性方程,并结合变质量气体热力学定律,建立电磁阀开启和关闭时的空气弹簧充放气压力梯度方程,实现空气弹簧充放气过程的非线性特性数学描述,并进一步完成空气悬架车高升降的1/4车模型. 针对充放气过程的非线性特性,基于微分几何理论,将车高升降模型通过状态反馈进行全局线性化,在线性域中设计滑模控制器,进而经过线性逆变换,得到原坐标系中的非线性车高控制算法. 仿真试验表明,基于状态反馈线性化方法设计的滑模控制器,能够有效克服充放气过程的非线性特性,消除过充过放现象,显著提高车高控制品质和精度.      

H型钢控制冷却过程的应力场模拟

利用ANSYS软件建立H型钢模型并进行模拟,研究热轧H型钢轧后冷却过程中的热边界条件,分析H型钢在不同温度下应力应变场的分布及规律,为控制冷却系统的设计提供指导;分析不同冷却方式H型钢的力学性能,比较不同控冷方案,选择的控冷方案为:空冷5 s后,水冷5 s,再空冷5 s。根据应力产生机理和对比控制冷却不同水流密度的模拟结果,在相同冷却时间条件下,随着水流密度的增大,H型钢的温度逐渐降低,最大应力逐渐增大。