航天器用钾热管传热性能的敏感性分析和优化

碱金属热管在空间核电源系统中具有重要应用,是航天器辐射散热器的重要组件。文章研究钾热管对充液率、吸液芯层数、吸液芯丝网目数及热负载功率的敏感性,并对上述多参数耦合下钾热管传热性能进行优化。分析结果表明:钾热管温差随充液率和吸液芯丝网目数的增加而降低,随吸液芯层数和热负载功率的增加而升高,且钾热管的整体温度和蒸气流速随热负载功率的增加分别升高和降低。钾热管性能对吸液芯层数和热负载功率敏感,优化得到最优参数组合为充液率1.0时7层350目吸液芯和712.475 W的热负载功率。文章采用的分析和优化方法对热管式辐射散热器的工程应用设计具有工程参考价值。

航天器用水热管冻结特性数值模拟研究

热管在空间探测工程中具有重要应用,是航天器的重要导热元件。文章通过引入毛细力动量源项的数值模拟方法,对水热管在设计工况和低功率工况下工作及可能的冻结过程进行数值模拟研究。结果表明:水热管在设计工况下工作时,蒸汽与液膜表面存在剪切作用,热管的温度沿轴向降低,轴向最大温差不超过3 K,具有良好的等温性。低功率工况下,热管冷凝段的温度降低至工质的熔点以下,工质冻结沉积,低温区逐渐扩散至冷凝段末端,冻结沉积最终将吸液芯完全堵塞,导致热管失效,不再具有良好的等温性能和传热性能。研究结果可为热管的长期稳定运行设计提供参考依据,为空间探测工程的成功保障提供科学参考。

钠热管传热极限过渡数值模拟分析

钠热管在空间核电源领域具有广泛应用。文章以2 m长钠热管为研究对象,通过引入动量源项描述毛细力,模拟钠热管遭遇不同传热极限过渡时管内的相变流动过程。钠热管在主要工作温度范围内,主要受到黏性极限、声速极限、夹带极限和毛细极限的影响,因此存在3个过渡点。模拟分析结果表明:黏性极限与声速极限过渡时,热管蒸发段未出现液体团聚和蒸气阻塞现象;声速极限与夹带极限共同作用时,既出现了蒸气阻塞和液体夹带现象,又伴随着新的液体堆积现象;夹带极限与毛细极限共同作用时的现象与各自单独发生时的现象都有所区别。文章研究结果可用于深入理解钠热管工作机理和优化设计,为更加高效的空间核电源系统设计提供科学参考。

基于ANSYS Workbench的新型SMX静态混合器的数值分析

设计了一种新型SMX-G静态混合元件,并利用数值模拟的方法比较新型SMX-G和SMX型静态混合元件两种结构的出口平均温度、压力损失和混合效果。结合出口平均温度、压力损失及混合效果,提出了静态混合器的综合评价指标,并采用红外成像仪测温法对混合效果进行实验验证。结果表明:新型SMX-G静态混合器极大程度地减小了压力降,综合评价指标更高,保证了熔体流入机头的压力,从而显著提高了发泡制品的质量。

双螺杆反应挤出工艺对聚对苯二甲酸乙二醇酯黏弹性的影响

通过优化双螺杆反应挤出工艺提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的熔体黏弹性,参与反应的是一种环氧基扩链剂,优化工艺考察了机筒温度,螺杆转速和喂料量三个主要影响因素,采用Box-Behnken响应面方法进行实验设计和数据分析。分析结果表明,三个变量都显著影响挤出产物的黏弹性,根据影响程度的大小排名为:螺杆转速>喂料量>机筒温度。间歇发泡实验证明了工艺优化能够提高PET的发泡性能。

中温热管工质选型与试验研究

为选择适用于500~700K中温热管的工质,开展了中温热管工质选型研究。通过分析国内外研究情况与材料物性分析,得出碱金属单质铯及铷较为适合非重力环境使用。对三根不同规格碱金属工质中温热管开展启动与升温试验研究,得到所研制中温热管的启动温度约500K,在500~700K温度范围内能够稳定升温并正常工作。

基于ANSYS Workbench的聚合物熔体孔芯式冷却结构数值模拟及优化

提出了一种结构强度大、冷流体流道独立密封的孔芯式冷却结构,采用数值模拟计算分析孔芯直径和孔芯数量两个主要结构参数对熔体冷却均化性能的影响规律,并利用综合评价指标计算得到了一定工艺条件下的最优结构参数值。研究结果表明:与孔芯数量相比孔芯直径对结构冷却均化性能的影响更加显著;适当减小孔芯直径、增大孔芯数量有助于减小孔芯结构的压力损失,提高孔芯结构的冷却均化性能;在固定外形尺寸且10 kg/h产量的工艺条件下,最优化结构参数值为孔芯直径6 mm,孔芯数量12。

均匀液滴尺寸及间距的实验研究

液滴发生器产生液滴的尺寸和间距影响液滴层的辐射和蒸发特性,液滴尺寸及间距的可控性值得重点关注。根据Weber的射流不稳定修正方程,确定了均匀液滴流产生的无量纲波数及扰动频率范围,结合射流质量守恒,分析了均匀液滴流中液滴的尺寸和间距与无量纲波数的关系。在不同喷孔直径和射流压力下,对理论和实验结果进行了对比,验证了液滴尺寸和液滴间距的理论计算结果,为液滴层辐射蒸发特性的研究提供了依据。

一种钠钾合金自动阻塞计的实验研究

阻塞计可以在液态金属工质充装前和系统运行期间实现非金属杂质含量的定量测量和实时监测,目前我国仅开展了钠阻塞计的相关实验研究工作,为满足钠钾合金系统的杂质测量需求,本文分析了阻塞孔内的流动特性和杂质的析出过程,总结出了阻塞孔的设计理论依据,并引入响应滞后系数,完成了钠钾合金自动阻塞计工程样机的设计制造,在高温电磁泵回路上完成了该阻塞计的实验研究,对照冷阱的运行温度验证了阻塞温度的准确性,研究还表明本台阻塞具有较好的工作稳定性,阻塞温度的随机误差不超过1%。此后通过测量实验独立分析了流速和降温速率对阻塞温度的影响,建议阻塞孔内流速大于0.7 m/s,降温速率在1.5~2.5℃/min。

均匀液滴喷射性能的实验研究

液滴式辐射器中液滴的喷射性能决定了液滴层中液滴的直径、间距、速度等参数,进而决定了整个液滴层的辐射散热性能。利用Rayleigh-Weber射流理论初步确定产生均匀液滴流的频率范围,完成了喷射实验装置的设计。通过实验研究了工质压力、扰动频率、喷孔的直径、喷孔长径比对均匀液滴流产生的影响。

聚丙烯/丁烷挤出发泡工艺参数的优化

采用正交实验设计法对聚丙烯(PP)/丁烷挤出发泡的工艺参数(成核剂添加量、注气量及机头压力)进行了研究,通过扫描电子显微镜,得到了不同工艺条件下的泡孔结构,并借此分析了各工艺参数对材料发泡倍率、平均泡孔直径和泡孔密度的影响程度及机理;进一步利用Design Expert软件对PP的发泡工艺进行了优化,并通过实验验证了优化工艺的预测值。结果表明,在成核剂用量为1.4%、机头压力为4.66MPa、发泡剂注入量为7%时,材料的发泡倍率高、泡孔密度大、泡孔直径小;通过实验验证,实验结果与预测值的偏差小于5%,证明了预测的可靠性。

一种硅油均匀液滴喷射过程的数值模拟与实验研究

针对液滴发生器的设计问题,使用FLUENT在实验基础上建立了均匀液滴喷射的计算模型。利用数值模拟方法,研究了大气条件下施加不同频率正弦振动时DC704(一种硅油)单射流碎裂形成的液滴形态,并与理论计算结果及实验结果进行了对比。最终得到了不同频率扰动下射流破碎的图像,针对液滴发生器的设计问题,使用FLUENT在实验基础上建立了均匀液滴喷射的计算模型。初步探究了该种硅油生成均匀液滴的频率范围,模拟结果与理论及实验结果符合较好,说明模拟方案可行,为相关实验提供了理论参照,可用来替代部分实验,降低成本。