第二宇宙速度再入高焓烧蚀试验

针对国内无法进行高焓气动热地面试验的难题,中国航天空气动力技术研究院研究团队利用磁等离子动力加热器、高频感应加热器和电弧加热器相结合的试验技术,实现了第二宇宙速度再入气动热环境的复现。试验技术在采用ϕ60 mm-SR90 mm等热流驻点模型时,可实现气流焓值范围8~87 MJ/kg,热流密度范围500~6800 kW/m2,驻点压力范围1~66 kPa,获得了4种典型防热材料烧蚀性能随高焓流场参数的变化规律,印证了碳硅复合热解防热材料的高焓烧蚀机理。在气流总焓一定的情况下,防热材料的烧蚀率随热流密度的增大而增大;在热流密度一定的情况下,防热材料的烧蚀率随总焓的增大而减小。该试验技术已经服务于探月后续项目,同时可应用于高温非平衡效应研究中,更可为将来的载人登月和深空探测提供设备基础和技术储备。

2023年8月6日德州地震地-气耦合响应分析

为探究2023年8月6日德州5.5级地震与大气参数之间的相关性,利用NCEP/NCAR再分析资料、多普勒测风激光雷达以及Sentinel-5P卫星遥感资料对地震前后地表潜热通量、气溶胶光学厚度和CO柱浓度进行研究.结果发现:①地震前3d地表潜热通量(SLHF)出现一个高峰,峰值接近2018—2022年SLHF的平均值与标准差之和.②德州地震前3h内大气气溶胶的状态极不稳定,气溶胶光学厚度(AOD)变化异常显著,地震的影响逐渐消除后,恢复至震前水平.③与地震前相比,CO柱浓度在地震后明显增加,升高趋势出现在地震的前两天.这些大气参数的异常特征表明,德州地震发生前后岩石圈和大气层之间有相互耦合的联系.

等风机功耗下不同构型全热换热器的性能比较

薄膜式全热换热器的通道构型对其性能有重要影响,为改进全热换热器的性能以达到更好的节能效果,研究分析了几种通道结构的流动及传递特性,采用数值模拟方法,在等风机功率下对不同通道构型的全热换热器的性能进行了预测和比较．

低温贮箱连接支撑结构优化设计

低温贮箱间的连接支撑结构是导致贮箱漏热的主要原因之一。采用低热导率的材料、减小结构与贮箱连接部位的接触面积可以减少低温贮箱间的漏热。对低温贮箱连接支撑结构设计进行了初步研究,分别设计了V型和X型杆系连接支撑结构,给出了结构设计的基本参数,并对每种构型的强度、连接结构的热流量和失稳情况进行了分析;在相同质量的情况下,对壳段连接支撑结构也进行了分析,对比了杆系和壳段两种结构形式的总热流量,指出:杆系结构的总热流量更低,杆系连接支撑结构形式更优。

高速列车通风式制动盘的散热特性分析

通风式制动盘的散热特性对提高列车的制动性能至关重要,筋板结构是影响通风式制动盘散热特性的关键因素。本文考虑了紧急制动工况,采用计算流体力学分析方法(Computational fluid dynamics,CFD)分析了不同筋板结构制动盘的散热特性,筋板结构类型包括径向直筋板结构(Z型)、圆弧筋板结构(A型)、矩形筋板结构(R型)和梯形筋板结构(T型)。研究了制动盘的温度分布、平均对流换热系数和总热流量的变化情况。结果表明:A型制动盘结构散热性能较好;与Z型制动盘相比,A型制动盘的温度分布较均匀,温度降低了7.3%;平均对流换热系数较高;总热流量提高了32.3%。因此,A型制动盘筋板结构可有效地提高制动盘的散热特性。

元江干热河谷稀树灌丛土壤热通量特征

选取了元江干热河谷稀树灌丛,利用微气象法开展了土壤热通量的动态监测,并分析土壤热通量与气象因子的关系。结果表明,干季末期(3-4月)和雨季初期(5-6月)土壤热通量月累计值为正值,其他月份(1-2月和7-12月)累计值为负值。土壤热通量与日照时数、总辐射呈显著正相关关系(P<0.05),而与土壤含水量显著负相关(P<0.05)。干热河谷稀树灌丛土壤热通量月动态为单峰型,且土壤热通量高峰峰值较我国东北地区、西北地区、华南地区和华北地区提前,太阳总辐射成为干热河谷稀树灌丛土壤热传导的主要因素。

海面动量、热量及水汽通量的浪沫效应──Ⅱ．数值计算及结果比较

本文是“海面动量、热量及水汽通量的浪沫效应”的第２部分。文中根据本课题第１部分方程组及初值化等改写所得方程组，对不同初始滴径和垂直速度的飞沫，在不同背景风场和温度场的情况下，计算飞沫入海距离、速度、滴径和滴温，以及估算飞沫出入海面所携带的动量、热量及水汽量等的变化量。计算结果所作比较说明了飞沫在海气相互作用中的重要作用。

平板陶瓷膜回收烟气水热的实验研究

将平板陶瓷膜组成膜组件对烟气水分和余热进行回收,考察了烟气的温度、相对湿度、流速和冷却水温度等参数对膜组件水热回收性能的影响。在实验工况下,水通量和水回收效率随着烟气温度、烟气相对湿度的增加和冷却水温度的降低而上升;水通量随着烟气流速的加快而上升,水回收效率随着烟气流速的加快先上升后降低;膜组件的水通量和水回收效率最高分别可达22.0 kg/(m^(2)·h)和36.3%。平板陶瓷膜回收的热量主要来自烟气潜热,烟气潜热换热量与水通量呈正相关变化趋势。在实验工况下,平板陶瓷膜组件的总传热系数最高为412 W/(m^(2)·℃),高于多通道管式陶瓷膜和单通道管式陶瓷膜。

炉壁热损失及其厚度的确定

本文利用算图计算的方法计算炉壁热损失和确定复合炉壁各层厚度。该方法计算简捷,能满足工程设计的要求。

场协同原理在高超声速化学非平衡流动中的推广

应用理论分析与数值模拟方法,将对流传热的场协同原理从不可压缩流动推广至高超声速化学非平衡流动中。结果表明,高超声速化学非平衡层流与湍流的热流密度取决于流动的当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同。用当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同研究高超声速化学非平衡流动的壁面传热问题,对层流流动下的对流传热,不但计及了高超声速化学非平衡流的密度变化对热流密度的影响,而且包括了静焓梯度、压力梯度、边界层内的分子黏性剪切效应对热流密度的作用;对湍流问题,除了上述层流流动各项对热流密度的影响外,还计及了雷诺剪切应力对热流密度的作用。考虑到高超声速化学非平衡流静焓的定义,高超声速化学非平衡层流及湍流的场协同同时计及所有组分的平动能、转动能、振动能及电子能等梯度的贡献。

表面多孔高通量换热管传热性能研究

与常规换热管相比,外开槽内烧结表面多孔换热管能够显著强化沸腾换热,减少所需换热面积,且阻垢效果好。目前,国内关于多介质、多工作条件下的换热系数等参数的经验式的研究相对较少。文中测量了常规换热管和外开槽内烧结多孔换热管的换热系数,总结了传热系数与热流密度的经验关系式,利用ANSYS软件对实验进行了仿真,得到了与实验数据一致的结果。模型处理、网格划分和加载求解过程基本适应于该实验条件下换热管的实验数据,实验及计算结果的正确性得到了验证。

再入飞行器鼻锥逆向喷流对流场及气动热的影响

使用计算流体力学(CFD)方法研究逆向喷流热防护系统对降低再入飞行器鼻锥物面热流的效果,获得了流场参数,回流再附点位置,物面压力分布以及热流分布。分析了逆向喷流对降低物面热流的物理机理,喷流通过与来流相互作用形成马赫盘,将来流导流到四周,不与物面直接作用形成气动加热,同时喷流回流形成低温区,降低物面与接触气体的温差,进而降低了物面热流。随着总压比率增大,这种效果越明显,气动加热越轻。为更合理分析喷流强度对流场及传热量的影响,将总压比率和流量相结合,提出了新的参数RPA。分析该参数的应用效果,结果发现不同的流量与总压比率组合成相同的参数RPA,可以实现相同的激波位置、再附点位置、表面热流峰值位置和总传热量。这说明该参数可用于表征喷流强度,用以分析喷流对流场及传热量的影响。

热流密度对结晶器铜板热疲劳裂纹的影响

随着国内高拉速连铸机日渐增多,结晶器铜板的失效已经变为以热疲劳裂纹形式为主。采用ANSYS数值模拟软件对结晶器铜板温度和热流密度分布规律进行了研究。计算结果表明,结晶器铜板的温度分布和生产中热疲劳裂纹的形式不相同;铜板弯月面区发生热裂失效的主要原因是在一定温度下,上下运动的热流密度的集中区即“能量流”撕裂了铜板,因此减小结晶器铜板弯月面处的热流密度,有可能减少铜板热裂纹的产生。设计均匀传热、减少铜板和连铸坯裂纹生成的结晶器是未来技术发展的方向。计算结果表明,沟槽结晶器铜板表面刻划沟槽后可以减弱弯月面区域热流密度,改善结晶器铜板的不均匀传热状况。

对流传热场协同原理在高速可压缩边界层流动中的推广

应用理论分析方法对适用于不可压缩层流与湍流流动的对流传热场协同原理进行了可压缩层流与湍流流动上的推广。分析结果表明,与不可压缩流动的对流传热场协同原理不同,可压缩层流与湍流的对流传热取决于流动当地单位体积的动量与总焓梯度的协同。用当地单位体积的动量与总焓梯度的协同研究可压缩流动的壁面传热问题,对层流热流,不但计及了高速流动的密度变化对热流的作用,而且包括了静焓梯度、压力梯度、壁面分子黏性剪切效应对热流的影响;对湍流问题,除了高速流动的密度变化、压力梯度、壁面分子黏性剪切效应对热流的影响外,还计及了雷诺剪切应力对热流的作用。另外,对黏性影响不能忽略的不可压缩流动的对流传热问题,用速度向量与总温(总焓)梯度协同更精确。