混合工质脉管制冷机性能的数值模拟

开发了适用于混合工质的脉管制冷机的计算程序，利用此程序对应用混合工质提高脉管制冷机的制冷性能进行了研究，发现当混合工质采用氦气和氢气，且处于合适的配比下，可以进一步改进脉管制冷机的制冷性能，给出了当混合工质最佳配比时，脉管制冷机内热力参数的瞬时变化及一周期的循环参数，用该计算程序可以获得混合工质脉管制冷机内复杂过程的详细信息，为制冷机设计和改进提供依据。     

蒙特卡洛法计算G型辐冷器抛物面屏耦合因子的研究

抛物面屏是G型辐冷器的主要制冷部件之一，蒙持卡洛法计算其与各辐射表面之间耦合因子的关键是正确模拟计算随机辐射能束的发射位置与发射方向。对于抛物面屏这种立体曲面截面，提出新的算法正确模拟计算随机辐射能束的发射位置与发射方向。通过扩展抛物面屏曲面，删除抛物面屏外的辐射能束，筛选初次模拟辐射能束，解决了发射位置的模拟计算。通过切平面坐标与原辐冷器坐标变换，将切平面辐射能束的发射方向变换坐标系，解决了发射方向的模拟计算。以上述算法为基础，蒙特卡洛法淮确计算了G型辐冷器抛物面屏对各表面的耦合因子，并对计算结果进行了误差分析。     

有限元法在辐射制冷器热分析中的应用

辐射制冷器主要为红外探测器提供合适的低温工作条件,是星载红外遥感探测系统的重要组成部分。建立了W型辐射制冷器的有限元模型。利用AN SYS分析软件对辐射制冷器热变形进行了分析,提出了减小2个冷头相对位移的措施,为辐射制冷器的优化设计和红外相机的光学补偿提供了理论依据。     

模态分析在辐射制冷器设计中的应用

辐射制冷器主要为红外探测器提供合适的低温工作条件,是星载红外遥感探测系统的重要组成部分,其可靠性的高低和制冷性能的好坏将直接影响红外成像质量和遥感卫星的成败.建立了W型辐射制冷器结构的有限元模型,应用MSC/Nastran软件完成了模态、静力、正弦振动响应计算,进行了结构强度和振动模态分析,预示和验证了辐射制冷器的结构性能,为其结构设计改进提供了可靠理论依据.     

ST型脉管制冷机的数值模拟

利用有限差分的数值模拟方法,建立了斯特林型脉管制冷机的数理模型,并编制了数值模拟程序.模拟结果表明该程序可以较好地描述脉管制冷机内部气流动态参数的瞬态变化情况,并揭示小孔阀、双向进气阀对制冷机性能的改善作用,为制冷机设计和改进提供依据.     

空间低红外辐射液氮冷屏低温特性研究

应用低温冷屏蔽方法可以降低空间飞行器表面红外辐射强度。建立分层贮液及气流分离空间冷屏蔽系统模型,应用流场数值模拟参数计算对流换热经验关联式并获得不同边界对流换热系数,将对流边界条件代入稳态传热数值模拟过程并得到液相区及气相区表面温度分布规律。建立单元传热试验模型,应用当量分析法对试验模型天地一致性进行分析,结果表明:极端状态下分层贮液高度小于100mm时传热模拟表面最大温度92.9K,流场最大温度107K,试验最大温度180K,受当量辐射影响,试验温度梯度与模拟梯度外形相似但大于模拟温度梯度;试验当量辐射接近1592.6W/m2,地面液氮维持时间15min,空间维持时间大于30min;分层贮液模型能够使空间飞行器在特定时间段内表面温度低于100K,红外辐射强度低于0.5W/m2。     

改进的蒙特卡洛法加快空间辐射制冷器耦合因子的计算速度

耦合因子的计算是空间辐射制冷器热分析的基础,蒙特卡洛法是满足抛物面W型辐射制冷器耦合因子计算的有效方法.基于统计原理,蒙特卡洛法计算空间辐射制冷器耦合因子的缺点是计算时间较长.通过避免传统的迭代计算,加快了蒙特卡洛法计算速度.同时,采用改进辐射能束概率分布算法的蒙特卡洛计算精度同传统方法相当,并也随随机能束数的增加而提高精度.     

双压控制减压节流阀的数值模拟及试验

提出一种适用于空间飞行器冷屏蔽系统的空间低温流体相变制冷过程中控制系统压力的减压节流技术;通过双压控制减压节流阀实现冷屏蔽系统高低压控制、减压及节流制冷的功效;建立三维立体模型并进行流场数值模拟,根据数值模拟结果设计制造试验模型进行试验验证.结果表明:双压控制减压节流阀能够满足空间冷屏蔽系统表面热流密度变化时系统高低压控制要求;能够有效节流低温饱和蒸汽、气液两相及饱和液体;能够有效抑止变压出口形成的气液两相流及系统内制冷剂固化等问题;能够产生节流制冷效应,提高冷屏蔽系统制冷效率,减少系统冷剂加注量,降低起动加速负荷.     

空间辐冷器耦合因子计算软件的开发

介绍了空间辐冷器耦合因子计算软件的开发原理、相应流程及运行结果，对于具有复杂表面的辐冷器，蒙特卡洛法是进行耦合因子计算的有效方法。基于上述原理所开发的计算软件，具有收敛快、精度高的优点，达到了实用要求。     

复合制冷系统辐射制冷器

研制了一种适用于复合制冷系统的两级辐射制冷器.该辐冷器在194 K的工作温度可以产生8.5 W的冷量,制冷性能完全满足复合制冷系统的需要.详细介绍了辐冷器结构选型、热设计、结构优化设计以及热性能试验等研究工作.在热设计计算中,蒙特卡罗方法被用于计算该平面型辐冷器的辐射耦合因子,与解析法相比,相对误差小于0.4%.在结构优化设计中,非比例热容的结合数值计算的优化方法被用于该辐冷器的结构尺寸优化,通过优化,辐冷器在维持制冷性能几乎不变的前提下,结构尺寸明显减小,验证了该优化设计方法的有效性和正确性.