碳纤维增强环氧树脂复合板材的制备及其各向异性传热和弹性变形行为

采用模压成型技术制备了太阳能电池阵用碳纤维增强环氧树脂(CF EP)复合板材,并通过光学显微镜、SEM及XRD对其宏观、微观结构进行表征。基于多物理场耦合计算软件Comsol建立了CF EP复合板的固体传热数值模型,借助曲线坐标系转换算法揭示了热量于复合板碳纤维中优先沿纤维轴向传导,进而解释了碳纤维对CF EP复合板导热性能提升的作用机制。并基于有限元计算软件Abaqus,建立了CF EP的轴向应力-应变模型。研究发现在CF EP的弹性变形过程中,沿平行于应力方向排列的碳纤维承担了绝大部分应力,且当应变率升至1%时,轴向碳纤维的内部应力最高可达54.1 MPa。

一种新的界面处理方法在气固耦合传热中的应用

对于高超声速流场和固体结构温度场的耦合传热问题,推导出了一种新的界面耦合处理方法,通过在流固交界面上求解由狄里科利和牛顿边界条件得出的偏微分方程,把对流体和固体两个区域的影响显式地体现在交界面方程中,并对该方法进行了稳定性分析.分析表明:该方法相比于传统的耦合迭代方法有更好的稳定性.将这套算法成功应用于绕无限长圆柱的气动加热计算中,对圆柱在气动加热过程中的温度变化做了比较详细的分析.

固体热辐射yong性能分析

本文对漫灰均温物体在常物性条件下对外辐射传热的(火用)计算建立了数学模型.通过与物体内能(火用)公式的数值计算比较,得出了辐射能量的(火用)值不大于内能(火用)值的结论.从初步的热辐射(火用)值计算公式发现,(火用)值与物体表面辐射率有关.

电池架导热系数对水下航行器电池舱段内部发热和传热过程的影响

对锂/亚硫酰氯电池在水下航行器电池舱段中的发热和传热过程进行理论分析,在给定的工况下,对电池舱段内部发热和传热过程进行试验测量,利用FLUENT软件仿真分析了电池架导热系数对电池舱段内部温度随时间的变化规律和温度分布云图的影响.结果表明,电池舱段内部最高温度随着电池架导热系数增加而逐渐降低;采用铝基电池架能够满足该型号水下航行器在温度控制方面的工况要求(≤70℃),且具有一定的温度裕量.

滑动轮胎接地胎面温度的影响因素分析

基于固体传热学理论，给出了计算滑动轮胎接地面温度的模型。分析了大气温度、滑动距离、滑动速度、轮胎承载以及胎面和路面材料的物理性能对接地胎面温度的影响。胎面摩擦温度稳定值的大小因上述参数的变化而变化，但获得稳定值的时间历程受参数变化的影响很小。另外，提出了几个待研究的问题。

采用铝基注塑电池架改善电池舱段散热效果的研究

当水下航行器电池舱段长时间大电流工作时,会产生大量热量,如果热量不能被快速传递到外界环境时,容易导致电池舱段内部单体电池发生短路、泄放和爆炸等安全事故[1,2],所以研究采用铝基注塑电池架改善电池舱段散热效果的可行性非常必要。首先建立了电池舱段热传递的数学物理模型;其次当电池舱段采用铝基导热塑料电池架以23 A恒流连续工作5 h时,对其内部瞬态温度和温度分布情况进行了试验测量;最后在FLUENT环境下,对几种电池架的辅助散热能力进行了数值计算。通过仔细对比试验结果和仿真结果发现,采用铝基导热塑料电池架能够显著降低电池舱段内部最高温度,满足该型水下航行器电池舱段在温度控制方面的工程要求(≤70℃),且具有一定的温度裕量。

水中电火花放电能量分配系数研究

采用实验与仿真相结合的方法,通过设计不同的峰值电流及脉宽等加工参数,对水中电火花加工的能量分配系数及电蚀坑形貌的形成进行了研究。基于COMSOL MULTIPHSICS仿真软件建立固体-流体传热耦合模型。通过试验得到不同峰值电流及脉宽条件下的电蚀坑半径,结合最小二乘法拟合电蚀坑半径与脉宽、电流之间的关系。利用拟合公式和所建模型,在不同加工参数下得到不同能量分配系数对应的电蚀坑尺寸。通过与试验测量结果进行比对得到水中电火花放电的能量分配系数,并验证所建模型的正确性。

类航天飞机前身结构与高超声速流场的耦合传热模拟分析

开展了高超声速流场与结构温度场的耦合数值计算.流场部分求解了三维非定常全Navier-Stokes(N-S)方程,空间差分采用Harten-Yee的TVD(总变差衰减)格式,时间离散采用双时间步推进.固体结构传热部分求解了三维非稳态的热传导方程.通过流固交界面,流体从固体部分得到温度边界条件,固体从流体部分得到热流边界条件,从而实现流场和固体温度场的紧耦合计算.用绕无限长圆柱的气动加热计算验证了该算法的有效性,并对类航天飞机前身结构在气动加热过程中的温度变化做了比较详细的分析.计算结果表明,固体结构在遭遇到气动加热后的一段时间内,壁面温升对壁面热流的影响是很大的,由于一体化计算能很好的综合考虑热壁的影响,因此,开展一体化计算是很有必要的.