高超声速飞行器前缘流-热-固一体化计算

针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟。该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结构温度场耦合交替迭代计算所带来的大量数据交换与计算,将流场与结构温度场作为一个物理场,采用统一的控制方程进行求解。采用典型高超声速绕流二维圆管稳态或非稳态流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,稳态时圆管驻点温度最高达到648 K,非稳态时的热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,由此证明了该方法的可靠性和正确性。与耦合计算方法的对比分析结果表明:该一体化求解方法所得计算结果更接近实验值,并且计算量和网格依赖性都相对较小,具有更好的稳定性和计算精度,能为高超声速飞行器一体化热防护设计提供有效的理论和技术支撑。     

发动机隔热缸套热强度有限元分析

针对低散热发动机存在的热负荷状况,分析了非稳态导热有限元计算的特点:运用经验公式求出了发动机燃烧室部件燃气侧的传热边界条件;运用有限元法对隔热部件进行了热强度分析。计算结果表明:热负荷和热应力增大是造成隔热件可靠性降低的主要因素之一。     

装甲车辆动力舱温度场试验研究

为了研究坦克动力舱装甲板温度场，必须对动力舱温度场进行必要的测试。以某型坦克动力舱为研究对象，设计了动力舱温度场试验方案，通过试验，得到了动力舱内主要部件表面和动力舱装甲板表面的稳态温度场分布。试验数据表明：排气管、增压器、变速箱和制动带是动力舱内主要热源，排气管附近顶甲板和排气百叶窗温度较高。     

温升热源条件油气热着火关键因素探究

通过对影响油气受热着火的关键因素进行研究,为发展主动防护技术提供理论依据。基于系统的实验和分析,探究了快速氧化现象、热源加热速度、热源面积与爆燃空间比例对热着火发生时临界浓度、着火概率和着火延迟期的影响,提出了温升热源条件受限空间能否发生热着火的综合判据。该判据认为：如果油气体积分数低于2.4％,受限空间体积与热源面积比值小于0．64m,那么即使温度达到873K,湿度降低到18％～21％,着火也不会发生。     

有内热源煤粉的自热理论研究

本文建立有内热源煤粉自热的稳态传热数学模型,探讨其自热行为,并以电缆表面褐煤粉自热为例,比较有、无内热源情况下的临界自燃条件,说明具有内热源煤粉极易发生自燃现象。     

坦克射击过程中炮膛内火药气体温度计算

坦克射击后出现炮膛内壁烧蚀及身管温度上升等问题，其首要因素为火药爆炸燃烧所产生的高温气体。应用内弹道零维模型，以空间平均热力学参数描述坦克射击过程中炮膛内弹道状态，采用四阶龙格一库塔法求解内弹道常微分方程组，计算出内弹道时期火药气体的压力、流速和温度等随时间的变化规律。应用指数函数拟合出后效期炮膛内火药气体温度公式，最后得到坦克整个射击过程中炮膛内火药气体温度的变化规律。通过计算结果与试验数据的对比，验证了计算结果的合理性。此计算结果可为坦克炮身管的烧蚀、热状况及红外辐射特性的研究提供理论依据。     

坦克动力舱空气流动与传热影响因素的仿真研究

以k-ε两方程湍流模型和非结构化网格为基础,利用FLUENT软件针对某型主战坦克动力舱内的空气流场和温度场进行了三维数值仿真计算与分析,得出了环境温度、压力和坦克行驶速度等因素对动力舱内的空气流动和传热的影响关系.     

盖板式陶瓷热防护系统的传热性能优化

针对高超声速飞行器对盖板式陶瓷热防护系统的迫切需求,建立了热防护系统结构瞬态传热模型;并研究了防隔热层的物性参数,厚度尺寸,相变层的种类、位置等因素对热防护系统结构传热性能的影响。结果表明,隔热层物性参数及厚度尺寸对热防护系统结构传热性能具有决定性影响,而防热层的物性参数及厚度尺寸几乎不产生影响。相变材料的引入能够明显改善热防护系统结构的传热性能。调整和优化相变层位置是改善热防护系统结构传热性能、降低结构厚度的一个有效途径。隔热层厚度的优化结果可为热防护系统结构设计提供一定的参考和依据。     

坦克动力装置润滑系统计算与分析

本文介绍了车用内燃机润滑系统流动与传热仿真方法.采用一维的方法研究了车用内燃机润滑系统流动问题;采用网络法研究了车用内燃机润滑系统的传热问题,并建立了润滑系统各部件的传热数学模型.编制了计算程序.对某型坦克内燃机润滑系统的流动与传热进行了实例计算,仿真结果与试验值符合较好.     

基于熵值法的坦克动力舱热工况的综合评价

坦克动力舱的结构和布置有多种型式,为了对不同结构的动力舱热工况的优劣进行对比、评价,必须用量化的指标加以衡量.提出了一种坦克动力舱热工况的评价指标体系,运用熵值法原理科学地确定各评价指标权重,建立了综合评价模型,并对某型主战坦克动力舱的不同布置方案进行了热工况综合评价.     

电磁轨道炮轨道温度场与热应力数值仿真

在电磁轨道炮发射过程中,因热量累积而引起的急速温升与热应力对轨道性能和寿命有着重要的影响。为获得发射过程中轨道温度场及热应力分布情况,在分析轨道热载荷的基础上,建立了热载荷计算模型,并在给定的参数下,利用有限元仿真软件ANSYS Workbench对3种典型截面轨道的温度场与热应力进行了数值仿真。仿真结果表明:轨道温度场与热应力轴向上呈梯度分布,纵向上只扩散到内表面很薄的区域,温度与热应力最大值在电枢初始位置处;相较于矩形与凹形截面轨道,凸形截面轨道温升与热应力较低,性能较好。     

传导冷却高温超导磁体热输运参数反演识别

在传导冷却高温超导磁体系统中,超导磁饼热导率以及磁饼与导冷体之间的界面热阻是影响热输运的主要因素,也是传导冷却超导磁体系统热设计的难点。为了获得准确的热导率和界面热阻参数,根据Levenberg-Marquardt算法提出通过表面测温确定传导冷却超导磁体热输运参数的反演识别方法。搭建低温实验数据测试平台,建立高温超导磁饼三维各向异性热传导模型。利用反演算法对传导冷却Bi2223高温超导磁体在40~76K温区的各向异性热导率与界面热阻进行反演识别,并分析测温误差对识别结果的影响。研究成果将为超导磁体热输运参数的获取提供一种新思路。     

采用瞬态球状热斗篷方法的浅层地下目标红外隐身技术

由于浅层地下目标与背景土壤的热物性不同,影响了整个区域表面的温度场分布,容易被敌方探测系统发现并击毁。针对这一问题,考虑太阳辐射、天空辐射以及风速的影响,建立了埋藏地下目标的区域温度分布传热模型,揭示了不同时段埋藏地下目标对区域表面温度场的影响。在变换热力学的基础上,通过坐标变换的方法,推导出球状瞬态热斗篷的导热系数的通解表达式。根据等效介质理论,对设计的热物性参数进行均质化,并通过数值实验方法验证了基于热斗篷地下目标红外隐身技术的可行性。     

金属热防护系统瞬态热分析的并联一维模型

建立了可重复使用运载器金属热防护系统瞬态热分析的并联一维模型.根据热防护系统的结构特点划分了多条热流通路,将各热流通路离散化后给出了单条通路瞬态传热的隐式差分格式,采用热平衡法推导了串、并联两种类型公共节点的局部控制方程,并给出了传热问题中常见边界条件的统一表达式,最终形成了总体控制方程.通过数值计算获得了热防护系统瞬态温度场.计算结果表明:采用并联一维模型可以更真实、更准确地反映热防护系统的传热过程,对于热防护系统结构优化设计有较高的参考价值.     

发动机排气门座温度场与应力场有限元分析

根据弹塑性理论和传热学原理建立了坦克发动机排气门座在发动机加载条件下温度场和应力场的计算模型,并采用非线性有限元分析法研究了其热应力和机械应力的分布状态及其变化规律,为排气门座优选材料和结构优化提供了理论依据.     

飞行器层板式前缘热管防热结构等效热分析

针对高超声速飞行器前缘尖锐部件所面临的严重气动热,提出层板式前缘热管防热结构。为避免前缘热管内复杂的两相传热传质计算,对高温热管蒸汽腔的传热进行了等效导热分析,讨论了蒸汽腔的等效导热系数的计算方法,与常规高温热管试验对比验证了计算方法的准确性。对该结构热防护效果的计算表明,当飞行器在34 km高度以7Ma速度飞行时,以IN718为管壁材料、Na为工质的层板式热管对头部半径为15 mm的前缘结构具有良好的热防护效果。     

燃烧室压力对潜入式喷管喉衬热应力的影响

为了研究燃烧室压力对固体火箭发动机潜入式喷管热应力影响规律的问题,采用商业流体软件,基于压力求解器,求解了喷管纯气相的流场,确定了燃气温度、压力、壁面对流换热系数;采用有限元软件,依据流场计算的非均布壁面压力与非均布对流换热,求解了燃烧室压力为6 MPa下的潜入式喷管热结构问题;通过地面点火试验验证了仿真模型与数值方法的有效性与准确性;采用相同计算模型与数值方法,求解了在燃烧室压力为9 MPa、12 MPa下的喷管热结构问题,揭示了燃烧室压力对喉衬热应力的影响规律。结果表明:整个工作过程,喉衬环向应力最大值为103.9 MPa,位于内表面,且随时间增大,先增大后减小;喉衬环向拉应力也随时间先增大后减小;随压力增大,对流换热系数增大,喉衬温度升高,喉衬环向拉应力增大,喉衬环向压应力减小。