中国先进研究堆自然循环程序的开发及应用

针对中国先进研究堆(CARR)的具体结构以及自然循环建立的过程中冷却剂流动会发生逆转的特点,开发了自然循环瞬态计算程序.程序对CARR的低压运行系统以及自然循环建立过程中可能出现的流动状态以及换热形式进行了充分考虑.根据微分方程组刚性的强弱,计算中交替使用 Adams预测 校正法和Gear方法进行数值求解.通过计算发现:应急冷却系统的投入明显地降低了 CARR的冷却剂温度以及其他热工参数,更加有效地保证了 CARR 的安全运行.本程序可以作为 CARR 热工安全分析工具,并可为CARR停堆后各设备的运行方案提供理论分析基础.

基于多参数耦合的蓄冷温控箱冷板对流换热参数优化

蓄冷温控箱利用低温相变材料储存冷量,通过缓慢释放调节并保持箱内温度,目前仍存在冷量释放速率无法控制、剩余冷量预测难等问题,而蓄冷板表面对流换热系数直接影响冷量的释放速率。针对以上问题,搭建了蓄冷板表面对流换热系数测量试验平台,研究不同环境及蓄冷板参数对表面对流换热系数的影响。采用二次回归正交试验设计方案,探究了蓄冷区进口空气流速、进口空气温度、蓄冷板传热面积以及蓄冷板间距对表面对流换热系数的影响,并对结果进行分析,建立了表面对流换热系数二阶预测模型,获得影响表面对流换热系数大小较显著的因素及较优的参数组合。试验结果表明:进口空气温度和蓄冷板传热面积的交互效应最大;通过响应曲面法建立的表面对流换热系数预测模型,得到最优参数组合为:进口空气流速4 m/s,进口空气温度25℃,蓄冷板传热面积0.455 m^(2),蓄冷板间距0.04 m,模型决定系数值为0.9274,变异系数为5.78%。回归模型计算结果与试验结果吻合,最大误差为3.58%,平均相对误差为2.69%,表明该模型可以快速、准确地预测不同条件下的蓄冷板表面对流换热系数。试验结果为蓄冷温控箱冷量释放速率精准调控及剩余冷量预测提供参考。

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力,洞体结构产生附加热应力和热变形,建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象,建立有限元热力学模型,为提高热力学模型和实际模型的相关性,使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别,确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数;使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间,以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标,在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析,建立残差均方和的响应面模型;以所有监测点残差均方和总和为目标函数,在样本空间内进行多目标非线性优化分析,得到最优解;验证修正后的热力学模型,结果表明:(1)基于响应面法的热力学模型修正是可行的;(2)修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高,并且适用于其它降温试验。

航天器舱内气体对流换热的地面模拟试验方法

对航天器舱内气体对流换热的地面模拟试验方法进行了系统地理论分析，包括热缩比模型法、降压法和浓度比拟法三种。分别给出了各种方法的相似律或相似准则及其应用的约束条件，并从原理上定性比较这三种方法的优缺点。分析表明，热缩比模型法在保持Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数不变的前提下可明显减弱自然对流的影响，但这种方法不能用于工程原型；降压法可用工程原型进行模拟试验，但不能用于液体流动问题；然而这两种方法的共同缺点是都不能完全消除自然对流；浓度比拟法理论上可以完全消除自然对流，但约束条件多，工程实现困难。

多年冻土路基对流换热试验方法

对流换热是多年冻土地区路基对外热交换的重要形式。利用自行开发的热风环境试验机,考虑不同路面材料类型、风速变化、温度梯度3个因素,对影响冻土路基温度场的对流换热状况进行室内模拟试验研究。研究表明:风速、温度梯度、路面材料类型3个因素对于对流换热系数有着交互影响,随着风速与温度梯度的增加,对流换热系数呈上升趋势。沥青路面材料的对流换热系数较水泥路面材料稍大。研究中给出了不同状况下对流换热系数的回归公式,并分别给出青藏高原地区沥青混凝土路面及水泥混凝土路面对流换热系数的推荐值。

密封舱流动换热的地面降压模拟研究

地面降压模拟技术是研究载人航天器舱内流动换热的有效手段,该技术的关键在于选取一个合适的舱内压力,使得地面条件下自然对流的影响得以消除。对应着某一个舱内压力,自然对流对流动换热的影响刚好得以消除,该舱内压力可定义为临界压力。文章利用数值模拟软件I-DEAS,针对处在独立飞行状态下的某一载人航天器,选取不同的舱内压力,分别对空间条件和地面条件下密封舱内的流动换热进行稳态数值模拟,得到了舱内温度分布和对流换热系数。在不同舱内压力下,通过比较空间条件和地面条件的计算结果,分析地面条件下自然对流对流动换热的影响是否得以消除。根据分析结果,给出了该载人航天器在使用地面降压模拟技术中的临界压力。

强迫对流传热实验的数据处理方法研究

为解决强迫对流传热实验的数据处理工作量大的问题,文中利用Excel软件的计算功能,提出最小二乘法、函数法、直线拟合法和指数曲线拟合法共4种实验数据处理方法。并以确定横掠单管强迫对流表面传热准则关联式为例,对4种方法的可行性进行了验证。研究表明4种方法计算结果完全一致,计算精度高,计算工作量小,具有很好的工程应用价值。

利用低真空环境在地面模拟载人航天器内部气体对流散热的探讨

为研究相应的模拟实验方法并建立载人航天器内部环境的地面模拟实验装置，克服地面上模拟微重力下气体对流散热的困难，本文提出在地面以低真空技术减弱自然对流模拟载人航天器内部对流散热的实验方法，建立合适的试验舱和采用合适的实验方法。

载人飞船返回舱着陆待援段换热性能研究

在对载人飞船着陆待援段返回舱换热过程中各传热途径的量级范围及影响因素进行计算分析和对比的基础上,简化返回舱传热模型,提出返回舱综合换热系数的概念;并通过载人飞船返回舱换热试验对理论分析进行了验证,获取了返回舱综合换热系数的工程数据,所获数据可用于实现长时间地面待援期间返回舱内热环境的快速预示。

载人飞船座舱内壁面温度偏差的预测

为了预测载人飞船地面热平衡实验时座舱内壁面温度与太空飞行时的偏差，分析了座舱内空气对流换热的近似实验方法的局限性，指出了空气对流换热系数是影响壁面温度的主要因素。由于重力场的影响，载人飞船地面热平衡实验时座舱内的空气对流换热系数与太空飞行时不同，使壁面温度偏离于太空飞行时的真实情况。为了修正地面实验数据，提出了壁面温度偏差的预测方法。