机载综合环控系统的热管理

利用燃油作为主要热沉，同时引入液体PAO与R134a作为辅助热沉，提出了一种环控系统热管理的新方案。空气压缩制冷子系统与高温PAO子系统以空气-PAO换热器为连接点，耦合为座舱与电子舱室1的热管理子系统；低温PAO子系统与蒸发压缩制冷循环以蒸发器为连接点，耦合为电子舱室2的热管理子系统。采用数学理论计算与计算机建模仿真研究相结合的方法，建立了空气-液体换热器、液-液蒸发器/冷凝器等主要元件的仿真模型，对环控系统进行性能分析。结果表明，在一定的引气温度和压力条件下，燃油作为主要热沉可以吸收大量的热量，同时各子系统的热量互补能够满足驾驶舱与电子舱的温度控制，保证其稳定、高效的运行。     

催化裂化装置反再系统动态模拟精细化与控制系统“工艺优先”配对设计

催化裂化是目前炼油厂中的核心加工工艺,其反应-再生系统是一个多变量紧密耦合的复杂系统,动态模拟和控制系统设计难度较大。目前,催化裂化装置在进行动态建模时设置了大量假设条件,与实际状况存在诸多不符,另外当前的控制回路配对方法未考虑工艺要求,也不适用于催化裂化这样的开环不稳定系统。基于以上原因,以已建立的反应-再生系统数学模型为基础,建立精细化动态模型,对反应器和再生器模型进行真实逼近,不再忽略气相动态变化,将原模型中气相对时间的导数项恢复,通过离散化的分布参数系统模型,对离散化模型中每段提升管和烧焦罐的时变变量加入时滞。仿真结果表明,精细化动态模型更加接近实际化工生产过程。根据上述模型搭建仿真平台,通过对不稳定的反再系统进行工艺优先的控制系统设计,首先根据化工工艺设计控制回路保证系统的稳定性,然后基于相对增益阵方法设计剩余变量配对,在降低了高维系统设计复杂度的同时保证了生产过程安全。设计结果表明,对于催化裂化装置反再系统,基于工艺特性完成控制回路配对后,剩余变量无须再添加多余的控制回路就能保证控制系统的稳定性和适当的控制性能。     

F101—20／39—450锅炉的热控系统

上海硫酸厂余热发电热控系统的仪表选型,以DDZ—Ⅱ型电动单元组合仪表为主体。锅炉系统设置两套自动调节回路,控制锅炉给水流量和过热器温度。在使用中对测温元件、靶式流量变送器、仪表的导压管和伴热系统、调节系统和调节阀作了一些改进,使仪表系统能长期稳定可靠地工作,满足了锅炉运行监控的要求。整个热控系统简单,实用,稳定,便于维修管理。     

飞机环控系统空气循环机仿真建模及试验校核

建立了飞机环境控制系统中压气机-涡轮-风扇式空气循环机的数学模型并开发了性能仿真模型；提出了性能试验原理及方法并开展了性能试验获得了设计工况下测试数据；通过对比不同转速下压气机增压比和效率特性、不同膨胀比条件下涡轮的温降特性、风扇压升特性等仿真结果与试验数据，修正了所建仿真模型相关参数并校核了模型有效性。结果表明，提出的仿真建模方法能够对空气循环机进行准确计算，经修正后仿真误差可以控制在±10%以内，仿真精度满足飞机环境控制系统工程设计要求，对环控系统及部件研制具有重要意义。     

高温甲醇燃料电池热管理系统设计

针对某型号高温甲醇燃料电池单电池模块，以实现精确控温、快速启动为目的进行了燃料电池热管理系统的设计、制造和测试。应用Matlab/Simulink平台开发了一种拟合简化方程的控制系统算法及其仿真计算平台，并对所设计的控制算法进行了仿真计算；同时对燃料电池内外传热介质循环回路及冷却系统换热器进行了重新设计与样件试制。完成了热管理系统单电池模块运行试验，将实测数据与仿真计算结果进行了对比分析。试验结果表明，所设计热管理系统成功将电池预热时间缩短了678s，稳定工况下冷却介质温度误差保持在±2℃以内，达到了预定的设计要求。样件试制及测试结果验证了热管理系统设计的可行性、准确性及实用性，为今后高温甲醇燃料电池热管理系统设计优化提供了理论和实际参考。     

多蒸发器毛细泵回路热管的反重力工作特性

毛细泵回路(CPL)热管具有传热能力高、控温能力强等优点,可以实现小温差、长距离、无附加动力的热量传输,在航天器热控系统和电子器件冷却方面具有广泛的应用。利用自行设计的多蒸发器CPL系统,通过反重力布置时多蒸发器CPL的启动运行实验,分析了多蒸发器CPL的启动工作特性和稳定运行时的热管热阻。结果表明,多蒸发器CPL在反重力布置时具有良好的启动特性,多蒸发器共同工作时,运行稳定、温度分布均匀,可适应多种工况的要求。     

特种车辆舱室送风系统布局仿真优化

特种车辆由于其功能特殊性和封闭性，无法像民用车辆一样利用窗户的开闭来控制舱室通风，长时间驾驶特种车辆，驾驶舱面临空间小、冷源少、热负荷大、缺乏新鲜空气等问题，且外部环境条件复杂。这就要求特种车辆舱室送风系统精细设计，满足人员和多个装置的热舒适和热控需求，因此有必要基于特殊车辆的驾驶舱特点，合理布局并优化通风系统，保证整舱热要求。为了让座舱送风与舱内热源热交换尽量完全，带出更多的热量，首先针对某型特种车辆，建立了典型舱室和乘员的三维物理模型和仿真模型。针对10种送风模式进行了详细的气流组织仿真优化分析，获得了特种车辆舱室多物理场。气流组织优化是从风口形式和送风口位置两方面进行，风口形式优化中提出多种风口组合形式，分别进行仿真。以设备温控、人员热舒适和空气龄等为目标，利用评价函数对仿真结果进行评价，对10种类型的送风工况进行了仿真。从仿真结果中，以上述多优化目标为依据，进一步开展了针对初步优选的送风形式的风口位置优化。在风口形式优化结果的基础上，采用遗传算法，将位置参数设为优化参数，选取两个评估函数作为优化的目标函数，并将头足温差等约束条件设置到优化模型中，对仿真结果进行筛选和逆优化研究，最终得到最优风口位置，完成气流组织优化。研究对于全密封特种车辆的有限空间热舒适性和空气质量研究具有一定意义。     

基于热电效应的高效环控系统

部分空间科学实验对环境温度有较高的要求，环境温度高于或低于空间科学系统能够提供的热沉温度，需要有可靠有效的加温降温处理措施。使用可靠性强的热电制冷片作为制冷制热方式和气液换热器二次换热来实现环境温度控制的需求，并对不同流体温度制冷制热效果进行分析，结果表明流体温度和目标温度差越小，热电制冷制热的效果越好。在环境温度制冷工况中，热电单元数量随电流增加先减少后增加，在制热工况中则单调递减，设计中需按照制冷工况进行热电单元数量的确定。当流体温度接近制冷制热的目标温度时，会出现整个系统总效率优于热电系统效率的区间。通过对热电单元和气液换热器的组合系统的性能计算，提供一种适于热电环控系统的计算方法和部件选型思路，对空间站环控系统的设计有重要参考意义。     

基于模糊控制的温湿度试验系统的研究

针对温湿度试验箱温湿度控制大滞后和强耦合特性,提出在传统PID控制的基础上,结合温湿度模糊自适应PID控制算法和模糊解耦算法来设计模糊温湿度控制器,并对其进行了仿真试验结果,结果表明该方法控制精度高、响应快,能够满足温湿度试验箱温湿度控制的要求。     

高压井口采气树液控系统优化分析

针对地层压力在106 MPa左右的异常高压气井,采气树自控阀门采用液控系统控制,井下安全阀控制压力处于103~117 MPa之间。原设计井下安全阀控制回路高压先导阀最高承压只有103 MPa,存在超压损坏高压先导阀,井下安全阀失压关闭从而引起关井的事故隐患,而且由于井下安全阀为非自平衡式,再次开启时必须采用液氮车建立背压,不仅费时影响单井生产时率而且操作成本较高。此次优化改造革新了液控系统控制理念以电子原件代替机械配件,彻底消除事故隐患保证液控系统的稳定性,收到了良好的经济和社会效益,可进一步推广应用。     

大型民用飞机座舱区域多级温度控制系统的研究

大型客机温度控制系统对象既有大舱容的延时和滞后，又有小舱容的快速动态反馈的特征；同时流量变化对飞机的性能影响也会带来温度的变化，增加系统控制难度。大型客机的座舱温度控制要保持在舒适区范围内，采用传统控制系统有一定的局限性，需要使用更为先进的控制方法。针对座舱区域温度特点设计一种多级温度控制结构，运用抗饱和PID控制算法的模型进行控制。使得温度控制系统既有控制的快速性，又有迟滞控制的稳定性和抗干扰能力。同时冷路控制采用四轮式空气循环系统的转速代替传统控制中的组件出口温度来控制混合腔温度，避免系统出现结冰等现象时组件出口温度传感器测量不准确引起的系统故障。     

基于热管技术的锂离子动力电池散热系统

基于对大功率锂离子动力电池温升和温度场分布的研究,设计了一种基于热管技术的锂离子动力电池散热模块。实验结果表明,采用所设计的散热模块能够有效降低电池壁面温度,使其壁面最高温度低于40℃,与无热管理条件相比降幅高达10℃,满足锂离子动力电池最佳工作温度范围。对散热模块与纯热管的散热性能进行对比,发现散热模块比单纯使用热管的散热效果和均温效果更好。此外,采用有限元模拟软件Fluent分析复合风冷翅片和U型热管模块蒸发段几何尺寸对散热模块性能的影响,发现复合风冷翅片能够有效提高模块散热性能以及不同的蒸发段几何分布会影响电池壁面温度和温度场分布。当U型热管蒸发段的垂直段和水平段长度比为1时,散热模块散热性能最好。     

循环转轮空调系统变工况除湿特性

转轮除湿空调系统可回收船舶余热将其作为转轮再生热源并改善舱室内空气品质，有望实现低能耗高效除湿。为此，建立了一种新型循环转轮除湿空调系统，定量研究了变工况条件下系统的除湿特性，获得了不同循环分流系数（45%～85%）、处理空气温度（28～40℃）、处理空气相对湿度（50%～85%）、再生空气温度（130～160℃）对系统除湿效果的影响。结果表明：所提出的转轮除湿空调系统相比常规海水直接冷凝除湿方式可有效提高除湿率；在相同循环分流系数下，系统的除湿率随着处理空气温湿度以及再生空气温度的升高而逐渐增大；系统的除湿率存在最优值，其对应的最佳循环分流系数为50%～75%，该系数随着处理空气温湿度的增大而减小，随着再生空气温度的升高而增大。     

Design and control of butyl acrylate reactive distillation column system

In this study, the design and control of a reactive distillation column system for the production of butyl acrylate has been investigated. The proposed design is quite simple including only one reactive distillation column and an overhead decanter. The optimal design is selected based on the minimization of total annual cost (TAC) for the overall system. At this optimized flowsheet condition, output multiplicity was found with reboiler duty or feed ratio as the bifurcation parameter. The highest purity stable steady state was selected as the base case condition for the control study. The overall control of this system can be achieved with no on-line composition measurements. Simple single-point tray temperature control loop is designed to infer final product purity. From results of dynamic simulation, the proposed control strategy performs very well in rejecting various disturbances while maintaining butyl acrylate product at high purity. One of the important finding in this paper is that it is better to operate this reactive distillation column not at the exact feed stoichiometric balance point for better operability reason. The control performances of the proposed operating point and the operating condition right at the exact stoichiometric balance point will be compared.     

Studies on black electroless nickel coatings on titanium alloys for spacecraft thermal control applications

A process of blackening of electroless nickel coating is investigated to produce ultra black coating on titanium alloys with higher optical properties. Process optimization was carried out by investigating the influence of various operating conditions, namely, processing time of etching solutions, thickness of electroless nickel deposit, temperature of blackening solutions, and pH of electroless nickel solution on the physico-optical properties of the black coating. It was observed that an optimum thickness of 35 + 5 μm of electroless nickel is required to achieve the ultra high optical properties after blackening. Energy dispersive X-ray spectroscopy studies suggested that films containing ~7% phosphorous are good for further blackening. Scanning electron and optical microscopic studies confirmed that the surface morphology played the major role to get the ultra high optical properties. The environmental tests, namely, humidity, corrosion resistance, thermal cycling, thermo vacuum performance, and thermal stability tests were used to evaluate the space worthiness of the coating. Optical properties of the coating were measured before and after each environmental test to ascertain its stability. The blackened electroless nickel provides higher optical properties in the order of ~0.85; this coating has good adhesion, uniformity, and stability in adverse space conditions. Hence, these coatings were extremely suitable for spacecraft thermal control applications.