空间充气天线反射器受冲击气体质量损失分析

为了获得空间粒子撞击对结构性能的影响规律,开展了对某型号空间充气展开天线反射器受空间粒子冲击作用下的内部气体质量损失和内部充气压力变化的分析.结果表明:气体质量损失与时间呈平方递增关系,且随入射粒子的直径以及内部充气压力的增加而增加.消除反射面薄膜褶皱的最优内部充气压力为12 Pa.薄膜材料的充气圆环内部充气压力至少要达到16.8 kPa.分析结果为空间充气展开天线反射器表面精度控制提供依据.     

薄膜充气拱褶皱特性分析

为掌握薄膜充气结构褶皱发生及拓展演化规律,通过数值模拟和实验相结合的方法研究了薄膜充气拱的皱曲问题．据此分析了充气压力、材料厚度、结构尺寸和载荷工况4个参数对薄膜充气拱褶皱特性的影响．在此预报了薄膜充气拱在不同载荷工况下的初始起皱力、初始起皱位置、褶皱扩展演化规律及承载力并开展了薄膜充气拱的皱曲实验,验证了文中的有限元模拟结果．研究结果表明:结构尺寸对薄膜充气拱的褶皱特性影响最大,充气压力次之,材料厚度影响最小;在5种载荷工况中,Fx拉最安全,Fz面外最危险,其他3种载荷介于二者之间．     

国际空间站站载设备的热环境分析

为了对国际空间站(ISS)站载设备进行热分析,利用低地球轨道简化六面体航天器外热流计算公式计算了ISS的轨道外热流,分析了ISS轨道外热流随轨道参数的变化规律;并以阿尔法磁谱仪为ISS站载设备代表,利用其外热流数值模拟结果,分析了ISS部件及操作对站载设备外热流的影响.分析结果表明:ISS的轨道外热流受太阳阳光与轨道面的夹角(β)和ISS与会日点的角距(θ)变化的影响明显;ISS的固定部件对AMS的外热流影响较为稳定;在ISS的可转动部件中,右舷主散热板和左舷太阳能电池板的操作可改变AMS的外热流;ISS正常飞行姿态下的AMS外热流变化规律不适用于ISS正侧边飞行姿态.因此,β、θ、ISS部件及ISS操作均是ISS站载设备外热流的主要影响因素.     

木材热解与着火特性试验研究

在自行研制的火灾固体可燃物热解与着火早期特性试验台上,对建筑装潢常用的几种木材以及森林常见的木材进行了热解和着火特性试验研究.试验木材尺寸为100 mm×100 mm×15 mm,试验选择辐射热流强度范围为20～60 kW/m2.分别就不同含水率、不同氧气体积分数、木材的纹理方向、不同的材料、不同厚度以及外加辐射热流强度等6个方面,对木材热解和着火特性的影响进行了研究.结果表明,随着辐射热流的增加,着火时间缩短、着火温度下降;随着木材含水率的增加,着火时间延长;不同环境氧气体积分数对木材热解和着火特性影响很大.预测了木材着火时间,通过试验值和理论计算值比较,两者吻合较好.     

充气平面天线结构展开过程仿真分析

针对平面天线的充气支撑管,提出了一种分段式充气控制体积方法.在LS-DYNA软件基础上,模拟了Z形折叠充气平面天线结构在无重力环境下的充气展开;分析了该过程中充气支撑管的每个折叠段的体积和内部压力变化、上横梁的动力学特征、以及展开后反射面褶皱情况等;并研制了样机.结果表明本文计算能够很好地模拟充气平面天线结构的展开全过程,可为空间展开预报提供依据.     

充气薄膜结构的SMS展开分析方法

为有效分析充气薄膜结构的展开,提出基于能量原理分析充气薄膜结构展开的SMS方法,即弹簧-质点系统方法.对卷曲折叠充气直管采用SMS方法进行数值模拟,并与实验结果进行对比分析,发现其结果吻合良好,验证了这种方法的正确性.运用SMS方法分析不同充气速率对卷曲折叠充气管展开过程的影响以及充气圆环管和充气膜面的展开过程及动力性能.与传统的有限元方法比较,SMS方法建模简单,思路清晰,数值稳定性好.     

薄膜充气管的有限变形分析

为了考察薄膜充气管在膨胀过程中内压的变化问题,建立了各向同性薄膜充气管膨胀的力学模型.对不可压缩薄膜充气管,给出了内压与主伸长的函数关系.讨论了本构参数的影响,研究了平面应变时的特殊情形.对可压缩薄膜充气管,通过引入泊松函数的概念来施加对可压缩薄膜充气管的体积控制关系,进而得出了内压与主伸长的显函数关系,且能方便地退化成不可压缩时的情形;同时给出了本构参数及泊松比对这种显函数关系的影响.结果表明:2种情形下的薄膜充气管,其内压均先随着主伸长的增大而增大,当达到某极大值后,再随着主伸长的增大而减少;本构参数n对这种变化趋势的影响较大;而对可压缩薄膜充气管,泊松比γ0也对这种变化趋势有着较大的影响.该文可以为薄膜充气管的生产和研制提供一定的理论参考依据.     

均匀壁面热流下太阳能腔式吸热器的自然对流数值模拟

在考虑变物性以及腔体固壁与流体间流固耦合的基础上,采用定热流的热边界条件和RNG k-ε紊流模型,对相同热流密度不同倾角以及相同倾角不同热流密度下的圆柱形腔式吸热器的腔体内的自然对流特性进行了三维数值模拟。结果表明:随着腔体壁面上的热流密度增加,内壁面上平均温度将升高,平均努塞尔特数增加;随着吸热器倾角的增大,平均努塞尔特数减小;随着离采光口距离的增大,腔体壁面温度近似呈线性规律升高,同一截面不同位置处的壁面温差减小,但减小的幅度不大。     

卷曲折叠充气管展开过程的数值分析及实验研究

采用基于能量函数的弹簧-质点模型,对卷曲折叠充气管的充气展开弯矩进行推导,考虑在充气管展开过程中薄膜自接触以及充气管中加劲钢卷尺产生的弯矩.通过Fortran语言编程对卷曲折叠充气管的充气展开过程进行数值模拟,并与利用气浮导轨消除重力,对同样条件的卷曲折叠充气管在不同时刻的展开速率的测试结果进行对比.数值分析与实验结果吻合良好,说明弹簧-质点模型方法能够很好地模拟卷曲折叠充气管的展开过程和动力性能.与传统的有限元方法相比,弹簧-质点模型方法的优点是建模简单,能够有效分析复杂充气结构的展开.研究不同充气速率对充气管的展开动力性能的影响,分析表明,充气速率增大,同一时刻的展开速率明显增大.     

探空温度传感器受太阳辐射影响的仿真分析

随着高空温度探测精度要求的日益提高,如何减小温度传感器测量误差已成为亟需解决的问题,而太阳辐射作为影响温度传感器探测性能的重要因素已成为该领域研究的热点.利用计算机仿真技术,引入太阳高度角、引线夹角2个影响因子,根据流体动力学模型模拟分析探空温度传感器从海平面上升到32km高空时所受太阳辐射的影响,最终得到辐射误差与海拔高度的关系曲线族,仿真结果将为开展高空温度传感器误差分析提供基础依据,从而提高传感器测量准确度.     

空间充气展开支撑管的自振特性研究

为了掌握充气支撑管的自振特性,本文基于小变形假定分析了充气圆管的应力分布,并基于ANSYS软件对充气圆管的自振特性进行了深入的研究.分析表明,几何非线性对于结构的振动特性影响不大;充气压力对于固有频率的影响与材料属性相关;充气管的结构形式及初始缺陷对振动特性产生一定的影响,接缝的存在降低了结构的固有频率;同时在充气管的振动模态中,存在着整体的弯曲模态和局部的壳模态形式.小变形假定适合充气管的动态分析,其自振特性与材料属性、结构形式、充气压力及接缝等因素有关.     

塔式光热电站吸热器的壁面热流分布

为深入研究塔式光热电站吸热器壁面的热流密度分布,基于赤道聚光策略和基本光路原理,利用光学仿真分析软件SolTrace对西班牙Gemasolar塔式光热电站系统进行几何与光学建模.通过结果敛散性判断,确定采用5 000 000条射线进行模拟研究;模拟结果与文献研究结果符合良好,证明模型准确可靠.采用夏至日设计点标准状况下的太阳光入射辐射,通过射线追踪的方法,模拟获得外露管式吸热器壁面上的热流密度分布,发现不同吸热管壁面接收的太阳辐射热流密度变化规律与定日镜场环形分布方式有关;单根吸热管时壁面热流密度分布不均匀.分析冬至日午时吸热管的热流密度分布,对比吸热管壁面热流分布的模拟结果与相应的近似高斯分布,发现近似处理与模拟结果差异较大.研究结果表明,对于塔式吸热器壁面热流分布,采用SolTrace仿真分析比用近似高斯分布更具有实际指导意义.     

槽式太阳能集热器传热模型及性能分析

槽式太阳能集热器一维和二维传热数学模型是一组非线性代数方程,为改进求解的稳定性和计算精度,将槽式太阳能集热器一维和二维传热模型的求解看作有约束优化问题,建立了集热器传热过程求解的有约束优化数学模型,应用MATLAB软件优化函数fmincon进行求解。分析了传热流体入口温度及太阳能辐射热流密度变化对集热器性能的影响。采用fmincon函数求解集热器传热过程,计算速度快,计算过程稳定。分析表明,传热流体温度变化对集热器效率的影响大于太阳能辐射热流密度对集热器效率的影响。     

二元熔盐在螺旋槽管内流动和传热特性数值模拟

为探索数值模拟方法预测二元熔盐在螺旋槽管内的流动和传热特性研究中的可行性,使用Ansys软件对熔盐在不同几何参数的螺旋槽管内的流动和传热特性进行数值模拟。采用半周加热,研究在不同工况下熔盐入口温度和热流密度变化时熔盐的流动和传热特性。通过数值模拟得到了熔盐在螺旋槽管内的流动速度分布云图和矢量图,得到了熔盐在管道出口温度分布云图,并计算得到熔盐在管内的Nu-Re变化曲线。结果表明,熔盐管内流速呈现周期性变化,同时产生二次环流流动。熔盐在螺旋槽管内的传热Nu数和Re数的变化趋势一致,出口温度分布不均匀性较小。随着螺旋槽管槽深的增大,对熔盐的传热效果也相应提高。熔盐入口温度越高,螺旋槽管内熔盐的传热效果越好。     

A design method and numerical study for a new type parabolic trough solar collector with uniform solar flux distribution

The non-uniform concentrated solar flux distribution on the outer surface of the absorber tube can lead to large circumferential temperature difference and high local temperature of the absorber tube wall,which is one of the primary causes of parabolic trough solar receiver(PTR)failures.In this paper,a secondary reflector used as a homogenizing reflector(HR)in a conventional parabolic trough solar collector(PTSC)was recommended to homogenize the solar flux distribution and thus increase the reliability of the PTR.The design method of this new type PTSC with a HR was also proposed.Meanwhile,the concentrated solar flux distribution was calculated by adopting the Monte Carlo ray-trace(MCRT)method.Then,the coupled heat transfer process within the PTR was simulated by treating the solar flux calculated by the MCRT method as the heat flux boundary condition for the finite volume method model.The solar flux distribution on the outer surface of the absorber tube,the temperature field of the absorber tube wall,and the collector efficiency were analyzed in detail.It was revealed that the absorber tube could almost be heated uniformly in the PTSC with a HR.As a result,the circumferential temperature difference and the maximum temperature could be reduced significantly,while the efficiency tended to decrease slightly due to the inevitably increased optical loss.Under the conditions studied in this paper,although the collector efficiency decreased by about 4%,the circumferential temperature difference was reduced from about 25 to 3 K and the maximum temperature was reduced from667 to 661 K.     

Radiative heat transfer and thermal characteristics of Fe-based oxides coated SiC and Alumina RPC structures as integrated solar thermochemical reactor

This paper investigated radiative heat transfer and thermal characteristics of Fe-based oxides coated SiC and Alumina reticulated porous ceramic structures as integrated solar thermochemical reactor. High-flux solar radiation absorption and axial temperature distribution in the ceramic foams reactor were analyzed by adopting surface-to-surface radiation model coupled to the P1 approximation for radiation heat transfer. The radiative heat transfer and thermal characteristics of different foam-type RPC structures, including SiC, CeO₂, FeAl₂O₄, NiFeAlO₄, Fe₃O₄/SiC, and NiFe₂O₄/SiC were evaluated. The mass flow rate and foam structural parameters, including the permeability, pore mean cell size, and extinction coefficients have significantly affected the axial temperature distribution, pressure drop, heat transfer, and fluid flow. Integrated porous structure to the solar receiver could maximize the incorporation of redox powder in the reacting medium, lower the pressure drop, and enhance the thermal performance of the thermochemical reacting system. SiC structure was the candidate materials in the case where more heat flux and high axial temperature distribution is needed. However, Fe-based oxide coated Al₂O₃ structure could be considered regarding the heat transfer enhancement along with the catalyst activity of oxygen carriers for solar thermochemical reacting system performance.     

Distribution of radiation flux in focal plane for a parabolic

Radiation flux of focal plane plays a very important role of efficiency in a parabolic dish solar system.This paper aims to present the distribution of radiation flux in focal plane for every incident ...     

塔式太阳能腔式吸热器热性能的实验研究

在自行建立的太阳能腔式吸热器热性能实验台上,研究热流密度、入口工质水体积流量、风速等参数对腔式吸热器热性能的影响.结果表明：太阳能模拟器的热流密度整体上呈高斯分布,吸热管的轴向壁温差可以高达50 ℃;正对太阳能模拟器的#5号吸热管出口水温升最高,可达40 ℃.吸热器的热损失随热流量的增大、入口流量的减小及风速的增大而增大,且热流量因素的影响最大;腔式吸热器具有较高的热效率,正向平衡计算热效率大于85%,且正、反向能量平衡的计算热效率偏差在3%以内.     

蓄能型振荡热管太阳能集热器性能研究

本文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用在蓄能型振荡热管太阳能热泵系统中,实现太阳能分季节全天候利用,提高能源利用率.使用Gambit软件建立蓄能型振荡热管太阳能集热器的三维模型,并利用Fluent软件对蓄能型振荡热管太阳能集热器中相变材料的蓄热过程进行了模拟研究,得到不同集热器结构参数、集热器内蓄能材料、太阳辐射强度、外界换热条件等对其温度场、液化率等的影响.根据模拟结果,振荡热管间距选17 mm,真空管后增设金属反射板,集热管内采用复合相变材料,夏季利用高温相变材料蓄热直接加热热水,冬季利用低温相变材料给热泵蒸发器供热,从而提高系统整体性能.