稀薄流高超声速飞行器气动加热耦合计算

针对稀薄流域高超声速飞行器的气动加热问题,开展耦合数值计算研究。通过引入牛顿冷却定律,将直接模拟蒙特卡洛数值模拟方法与结构传热计算方法相结合,设计一种可对全机外形进行气动热和结构传热计算的高效松耦合方法,实现飞行器防热层结构材料温度分布特性的数值模拟。在以钝锥外形为例对直接模拟蒙特卡洛数值模拟程序进行验证的基础上,采用该方法对X37B轨道飞行器外形长时加热与结构传热过程进行数值模拟,给出结构温度及热流密度随飞行时间的变化规律。研究结果表明,设计的耦合计算方法能够模拟稀薄流域高超声速飞行器的气动加热及结构传热耦合过程,可为该类飞行器的气动热分析及热防护设计提供技术支持。     

稳态法测量热系数的计算方法改进研究

不良导体热系数测量普遍采用的是稳态法，但表面散热率的间接测量和样品侧面散热与漏热给测量带来一定误差，使得热系数实际测量值略微偏大。介绍了新的实验装置和实验数值计算方法，并且分析研究了样品边缘（侧面）热损失的物理模型，提出了新的数学模型和数据处理方法，纠正了这些偏差，与实验吻合较好。     

具有等熵压缩、膨胀过程的回热式布雷顿热泵循环有限时间热力学性能

研究恒温和变温热源条件下具有等熵压缩、膨胀过程的闭式回热式布雷顿热泵循环有限时间热力学性能,导出循环供热率和供热系数与循环压比间的解析关系,由此可得最佳供热率、供热系数关系。分析中计入了工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失。     

二维非线性正交异性材料的瞬态热传导反问题研究

针对正交异性材料的二维非线性热传导反问题,本文采用顺序函数法对表面热流辨识进行了研究。在求解反问题时用到有限体积法、牛顿-拉夫逊法并引入未来时间步长的概念。在每个时间步内,将待辨识热流视为非线性方程组的未知量,通过一个迭代过程进行求解。从文中的例子可以看出,真实热流和辨识热流结果相近,从而证明了本方法在辨识二维非线性热传导反问题时是准确、稳定、有效的。     

12V150ZL增压发动机燃烧放热规律的研究

本文运用对实测放热速率曲线拟合得到的双韦别函数放热速率表达式,结合工作过程的数值模拟计算,研究12V150ZL增压发动机在标定工况燃油量时的燃烧放热速率的变化规律,预测燃烧过程对发动机性能指标的影响.为评价和完善12V150ZL增压发动机的燃烧过程提供理论依据.     

典型包装材料燃烧性能实验研究

使用锥形量热仪对典型包装材料———内衬聚苯乙烯(PS)泡沫塑料外包装硬纸板的燃烧性能进行了实验研究,测得了不同热辐射强度下包装材料样品的点燃时间、热释放速率、质量损失率、比消光面积(发烟量)、CO的产率等燃烧性能参数。实验结果表明,包装材料受热辐射时很容易被点燃,燃烧时放出大量的热和有毒烟气。     

热推力器层板换热芯流固耦合传热与流动仿真

热推进技术采用小分子量气体作为推进剂可以获取较高的比冲,是具有巨大应用前景的空间推进技术,而提高热推力器换热芯换热效率是目前亟待解决的问题。本文设计了基于层板结构的换热芯,结合层板结构的传热特点与流固耦合传热理论,对层板换热芯传热和工质流动进行了模拟计算。根据耦合传热理论,将层板与工质的导热简化为系统内部边界条件,通过仿真计算得到了层板流固耦合温度场和流场分布特性,工质可以被加热至2300K以上,验证了层板结构用于热推力器换热芯的有效性。     

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。     

高超声速圆柱绕流中驻点热流的稀薄效应

采用Fay-Riddell关系式、直接模拟Monte Carlo方法和基于直接模拟Monte Carlo流场温度的Fourier传热三种热流表达方式,分别对比研究了不同来流克努森数(Kn)和不同来流马赫数(Ma)的结果,以期从微观视角给出经典连续方法在稀薄流区高估驻点热流的新理解。结果表明,驻点热流的稀薄效应体现在三个方面:一是温度跳跃,削弱温度梯度导致驻点热流降低;二是壁面附近平动非平衡,导致Fourier热传导定律失效且高估热流;三是壁面约束,致使Fourier热传导定律在距壁面3倍分子平均自由程内高估热流。     

Explosion temperature mapping of emulsion explosives containing TiH2 powders with the two-color pyrometer technique

In the study, the two-color pyrometer technique was used to measure the transient temperature field of emulsion explosives with different contents of TiH₂ powders. The experimental results showed that the introduction of TiH₂ powders could significantly increase the explosion temperature and fireball duration of emulsion explosive. When emulsion explosives were ignited, the average explosion temperature of pure emulsion explosive continuously decreased while emulsion explosives added with TiH₂ powders increased at first and then decreased. When the content of TiH₂ powders was 6 mass%, the explosion average temperature reached its maximum value of 3095 K, increasing by 43.7% as compared with that of pure emulsion explosive. In addition, the results of air blast experiment and explosion heat test showed that the variation trends of shock wave parameters, explosion heat and theoretical explosion temperature of emulsion explosives with different contents of TiH₂ powders were basically consistent with that of explosion temperature measured by the two-color pyrometer technique. In conclusion, the two-color pyrometer technique would be conducive to the formula design of emulsion explosive by understanding the explosion temperature characteristics.