水升华器升华模式理论分析与数值仿真

针对水升华器在实际航天工程应用中的工作特性,以升华模式下的水升华器为研究对象,应用一维稳态导热、自由分子流动等理论模型,对水升华器内部热质平衡进行分析,得到了升华模式下的冰层厚度、升华温度等理论计算结果,并推导得到升华模式最大热载荷的无量纲特性曲线。利用商用软件ANSYS Fluent进行数值仿真,基于焓-多孔模型描述了水在水升华器给水腔内的结冰过程,求解了不同孔度、孔径等设计参数下水升华器的工作特性,将仿真结果与理论计算对比,发现两者具有较好的一致性。建立的无量纲特性曲线和数值算法对预测不同设计工况下水升华器升华模式的工作特性具有指导意义。

微重力下复合相变材料的热控性能数值仿真

针对航天器电子设备的热控问题,选择石蜡作为相变材料,以Al2O3粉末作为导热增强剂,基于焓-多孔模型与相变储能结构的被动热控技术,通过数值仿真求解了不同组分下复合相变材料的熔化过程,得到了温度分布、固液界面等数据,分析了热控效果,同时还分析了重力与微重力对熔化过程的影响。结果显示,在重力条件下,可将加热面温度控制在50~58℃,而掺混Al2O3粉末在增强导热系数的同时抑制了自然对流,整体传热效率降低,因此不同Al2O3质量分数下的复合相变材料2%的热控效果优于5%;在微重力条件下,因为没有自然对流的影响,随着Al2O3的增加,熔化效率提高,Al2O3质量分数为5%的复合相变材料相比于2%的质量分数具有更佳的热控效果。