飞机蒙皮红外辐射的瞬态温度场分析

飞机蒙皮温度场是形成飞机红外图像的基本因素,掌握其瞬态分布特性与控制机制对于飞机相关的红外技术有重要帮助.通过分析控制蒙皮温度场的传热过程,建立了包括飞机内部换热、蒙皮外气动对流与辐射换热的瞬态耦合传热数理模型.引入壁面热流函数,将蒙皮外部热环境与飞机内部换热进行解耦计算,采用热网络法与蒙特卡罗法进行飞机内部传热分析,利用FLUENT软件进行蒙皮外气动对流换热模拟,建立了飞机蒙皮瞬态温度场的数值方法.通过模拟计算,获得了不同飞行状况下飞机蒙皮的瞬态温度场,分析了相关因素的影响.     

探针法测量月壤温度的可靠性分析

建立了月表辐射条件下探针和月壤组成的多层介质内二维非稳态导热模型.采用非均匀网格,数值模拟了月壤和探针间的耦合热效应,分析了探针所表征月壤温度的可信度.结果表明,因初始条件不同,探针插入后和月壤互有影响,其中探针对月壤的影响范围及时间有限.由于月壤深度方向上温度梯度的影响,探针不同位置的温度值不同.月壤的弱导热性导致探针的温度值与月壤的存在偏差,且差值并不一定随测量时间的增长而变小.     

圆管层流入口段耦合换热的数值模拟研究

采用控制容积法与蒙特卡罗法对圆管层流入口段参与性介质的辐射一对流耦合换热进行了数值模拟研究．在对流一扩散项的离散中,分别采用了一阶差分的指数格式与二阶差分的QUICK格式．通过模拟计算,比较分析了两种差分格式的结果差别,考察了入口段耦合换热的温度场、径向导热热流场以及对流换热壁面热流与努谢尔数的分布特征．研究表明,入口段速度边界层发展对势流区的排挤效应对耦合换热有明显影响,采用QUICK格式能够模拟这一现象,而一阶差分格式不能,后者过高地估计了对流换热强度;辐射换热在抑制对流换热作用的同时,使两种差分格式的模拟结果呈现偏差的区域由入口附近向出口方向扩展．     

温差电源工作特性的数值分析

考虑热电材料的塞贝克效应及电流的珀耳帖效应,与传热方程相结合,建立了平板型温差电源的一维计算模型,数值模拟了温差电源的热电耦合工作过程。分别在热端定壁温、定热流两种边界条件下,分析了温差电源内部构型及冷端换热边界对电源温度分布及其工作特性的影响规律。结果表明,热端定壁温条件下增加电源内部电单体对数量能够提高其最大输出功率,而热端定热流条件下的规律则与之相反。在此基础上,给出了优化温差电源设计的初步原则。     

月球基地温差电源的应用研究

月球基地是未来深入开展月球探测、开发和利用月球资源的主体,常规的光伏发电系统在月夜期间无法提供电能,不能适应月球基地对能源供给的连续性要求。月面环境的特殊性导致月壤内部存在一定的温差,为温差电源的应用创造了条件。考虑热电材料的塞贝克效应及电流的珀耳帖效应,构建了平板型温差电源的热电耦合分析模型;与月壤传热方程联合求解,实现了月面温差电源工作过程的仿真。结果表明,由于温差电源的导热参数与月壤相差明显,导致电源两端无法建立起有效的温差,使其发电效率甚微。在此基础上,对月壤物性及温差电源的传热进行了尝试性改造分析,该措施能够明显提升电源的工作效率,但仍达不到具体应用的水平;对此提出了电源设计及温差材料研制的要求,旨在促进温差发电技术在后续月球探测的应用。     

温差发电器中热电材料物性的影响分析

考虑温差材料的塞贝克效应及电流的珀耳帖效应,与传热方程相结合,建立了温差发电器的一维计算模型,数值模拟了温差发电器的热电耦合工作过程。主要分析了温差材料的导热系数、电阻率和塞贝克系数的变化及其变物性计算对温差发电器工作性能的影响。计算表明,材料的导热系数、电阻率及塞贝克系数对发电器转换效率的影响规律均为非线性的,其中导热系数的影响作用最明显;当发电器的温差电元件物性参数差别较大时,其内部有不同的温度分布,采用平均值计算会有明显的误差;温差材料物性参数随温度变化后,发电器工作性能有较大的变化。     

环形通道内空气湍流正在发展流与壁面辐射的耦合换热研究

对内环壁面加热、外环壁面绝热的圆环型通道,数值研究了空气湍流正在发展流与壁面辐射的稳态耦合换热。采用低雷诺数k-ε模型与SIMPLEC算法求解气流的湍流流动与对流换热,采用蒙特卡罗法求解壁面间的辐射换热,对流换热与表面间辐射换热通过绝热壁面边界条件进行耦合。通过模拟计算,分析了相关参数及物性变化的影响。研究结果表明,入口Re数与壁面发射率均对通道内的换热有重要影响;考虑空气物性变化与否所预测到的对流热流分布形态相差非常大,常物性下的模拟结果会导致对通道内热输运特性的不正确认识。     

同位素温差电源辐射器的散热特性研究

建立了同位素温差电源管肋式辐射器散热过程的耦合传热模型,采用热网络法结合蒙特卡罗法,数值模拟了辐射器的散热过程.分析了辐射器质量不变的条件下,肋片数、高度及表面发射率等参数的影响.研究结果表明,在管内第二类边界条件下,肋片数对辐射器散热性能的影响明显;肋片散热效率随表面发射率的增加而降低,随肋片高度的增加非单调变化,存在一最优值.     

同位素温差电源工作特性的数值研究

数值模拟了某型同位素温差电源的热电耦合工作过程,探讨了在温差材料常物性假设条件下环境温度、热源加热功率、表面发射率、肋片高度、肋片数等参数对温差电源工作特性的影响。结果表明,加热功率对电源内部的温度影响最明显,而环境温度、表面发射率及肋片参数对电源表面的温度影响显著;环境温度及表面发射率对温差电源电性能的影响作用较小;散热肋片安装后电源整体温度明显降低,输出电性能得到改善;较大的加热功率有利于提高温差电源的转换效率。