飞机结冰中水滴撞击特性的欧拉法准确性分析

过冷水滴撞击特性计算是飞机结冰冰形预测与防除冰系统性能分析的基础,常用方法为欧拉法与拉格朗日法,2种方法的结果通常是一致的,但在某些部件上会出现差异。通过对欧拉法与拉格朗日法进行比较,分析2种方法结果的异同,进而讨论欧拉法对于飞机结冰中水滴撞击特性计算的准确性。以NACA 0012翼型、冰风洞风道、S形进气道与发动机气膜帽罩为对象,采用欧拉法与拉格朗日法计算获得水滴运动及局部水收集系数。结果表明:当水滴运动未受到上游效应影响时,欧拉法与拉格朗日法的结果一致;当水滴发生偏转后,欧拉法速度的单一性使水滴流线不能相交,而拉格朗日法能捕捉水滴轨迹的交叉,导致2种方法的预测产生差异,且欧拉法结果与水滴不碰撞及聚并的假设存在冲突;水滴在上游部件空气绕流或气流吹袭作用下都会发生偏转,使得欧拉法与拉格朗日法得到的下游表面水收集系数不相符,欧拉法对于S形进气道与发动机气膜帽罩的水滴运动及撞击特性计算存在误差。研究成果对飞机结冰冰形的准确预测及防除冰系统的设计有重要参考价值。

飞机结冰中水滴撞击特性欧拉法的网格影响分析

过冷水滴撞击特性计算研究是飞机结冰预测与防除冰系统性能分析的基础,欧拉法是过冷水滴运动及撞击特性计算的常用方法之一,分析欧拉法在计算复杂表面水滴运动撞击时的准确性具有重要意义。以NACA 0012翼型、冰风洞风道、S形进气道及三段翼为研究对象,利用欧拉法采用不同网格计算获得了水滴运动及局部水收集系数,结果表明:当水滴运动没有受到上游部件的导流或者遮挡时,欧拉法计算结果具有网格无关性;当水滴运动受到上游部件影响发生轨迹偏转时,欧拉法计算结果具有网格相关性,不同网格计算得到的液态水含量及局部水收集系数不一致,需要进一步考虑水滴运动受到上游效应影响时网格对欧拉法计算结果的影响。

局部热点射流式微通道流动沸腾实验研究

本文提出了一种射流式微通道热沉用以解决高热流密度热点散热问题。以氨为工质,开展流动沸腾实验,研究对比了微通道与驻点区结构对热沉性能的影响。优化所得的“四周针肋+中心多圆锥”热沉在1 mm×6 mm热点区域752 W·cm^(-2)的热负载下,可维持热源加热面温度低于57.1℃,对应热阻0.69 K·W^(-1),压损5.1 k Pa。针对优选热沉开展的串联实验研究表明,上游热沉热负载的改变会导致下游热沉入口干度变化,进而影响其流动换热性能。

光伏直接驱动的蒸汽压缩式制冷系统仿真

提出一种无蓄电池的光伏直接驱动的蒸汽压缩式制冷系统,由太阳能光伏阵列、DC/DC变换器、无刷直流电机、可变转速压缩机、风冷冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、水泵等组成。为了分析该光伏蒸汽压缩式制冷系统的性能,建立包含上述关键部件的详细数学模型并进行仿真计算。根据仿真结果分析环境温度、太阳辐射强度和冷水出水温度等变量对光伏制冷系统性能的影响。仿真结果表明,在某些工况条件下,光伏蒸汽压缩式制冷系统的总效率可大于1。该模型可用于预测不同运行条件下光伏蒸汽压缩式制冷系统的制冷量、COP、压缩机转速及系统总效率等性能参数。

基于蒸气压缩制冷循环的便携式微环境冷却系统研究

成功研制开发了一种用于在高温环境下对人体进行降温的便携式微环境制冷系统,以解决直升机、军用车辆等乘员在高温环境下的热应激问题。该冷却系统采用蒸气压缩循环,以R134a为制冷工质,外型尺寸仅为190mm×190mm×100mm,重量为2.75kg,采用锂电池或直流电源供电。该系统使用了全新的微型直流调速压缩机和以脉宽调制模式工作的微型电子膨胀阀(EXV)。研制了微型微通道板翅式蒸发器,并设计了全铝钎焊微通道平行流式冷凝器。通过采用以上微型、高效部件,成功实现了蒸气压缩循环制冷的微型化和实用化。对该微环境冷却系统进行了定容量和变容量性能实验,研究了制冷剂充注量和EXV的占空比对制冷性能的影响。实验结果表明:该微环境冷却系统在45℃环境温度、制取20℃冷水条件下,具有260 W的制冷量,可以满足单个乘员在高负荷工作条件下的冷却需求。在充注量为120g和EXV占空比为45%时,系统的制冷性能系数(COP)最高可达1.5以上。

后掠翼热气防冰系统数值仿真

对后掠翼热气防冰系统的表面温度进行了数值仿真研究。用欧拉方法计算局部水收集系数,外部对流换热系数用附面层积分法计算,蒙皮导热和内部换热用计算流体力学（CFD）方法计算,用基于FLUENT的用户自定义函数（UDF）方法将外部换热、蒙皮导热和内部换热三者耦合求解,实现了热流边界条件的自动加载和温度的自动更新。通过对ARJ21-700机翼防冰系统性能的计算,说明所研究的计算方法能对三维后掠翼热气防冰系统作出总体性能的评估和局部性能的评价,为自然结冰条件下飞机的飞行试验提供依据,从而大大降低飞行试验风险。

尖楔结构低速高/中温双路气流组合热试验方法

在典型高超声速飞行工况下,数值模拟分析了高温合金尖楔前缘结构沿气流方向大温度分布梯度将带来严重的热强度问题,产生大温度分布梯度的根本原因是尖楔结构头部区域平均热流密度与后段平板区域平均热流密度之差,而受头部区域热流密度具体分布的影响不大;进而提出了一种低速高/中温双路气流组合热试验方案,并通过数值模拟方法证明了该方案具有两股气流参数可以独立调节分别满足尖楔结构头部驻点区域及后段平板区域大、小两种热流密度的优点,进而解决单喷口低速高温燃气流热模拟试验难题,满足尖楔结构高超声速飞行工况下大温度梯度模拟要求.同时,该方案通过高/中温气源的合理组合搭配可以大大降低尖楔结构热试验所需高温气源发生功率,推广应用于电弧风洞可拓展其热试验范围.

PR方程推算氮气/灭火剂蒸气等熵指数

氮气(N2)/灭火剂蒸气组成的混合气体的容积等熵指数和温度等熵指数随充填压力和温度的变化关系是影响机载灭火系统灭火剂释放过程的重要因素。基于PR(Peng-Robinson)方程和范德瓦尔混合规则,编制了N2/灭火剂混合气体的容积等熵指数和温度等熵指数的计算程序,计算了三组混合气体N2/HFC227ea、N2/CF3I和N2/CF3Br充填压力分别为4.2MPa和2.5MPa,初始温度为293K时等熵指数随温度的变化曲线。结果表明:它们的容积等熵指数和温度等熵指数随着温度的升高而逐渐下降,呈近似线性关系。在相同温度下,充填压力为4.2MPa时的三组混合物的容积等熵指数和温度等熵指数均高于充填压力2.5MPa时的结果。在相同的充填压力和温度下,N2/CF3I的等熵指数最大,其次为N2/HFC227ea和N2/CF3Br的最小。