多体系统内固、气热响应动态耦合过程研究
热控系统是飞行器的重要组成部分，对飞行器在服役期间能够稳定可靠的工作起到十分关键的作用。热分析计算是飞行器热控系统设计过程中的主要步骤，其主要用于预测飞行器及内部仪器设备的温度场，并对热控方案的设计及校验提供支持。飞行器仪器舱内仪器设备的热分析属于大型复杂的多体系统内存在导热、对流、辐射的耦合换热问题，求解十分复杂。目前，热分析软件 SINDA/FLUINT对固体导热及表面辐射换热的处理方法在航空航天领域得到认可，多采用其进行航天器热分析计算。但是，在大气层中运行的飞行器仪器舱内存在对流换热现象，而 SINDA/FLUINT只能通过给定对流换热系数或实验关联式来求解对流换热问题，计算结果偏差较大。另一方面，FLUENT等CFD软件虽然在流动换热求解方面具有优势，但针对飞行器内部的多体、非稳态、分散热源作用下的导热-对流-辐射耦合换热问题，求解效率低，甚至不能开展。本文基于这一背景，开展了多体系统内固、气热响应动态耦合过程的数值及实验研究。主要研究内容包括： 1.针对多体系统中存在导热、辐射、对流的耦合换热问题，通过对SINDA/FLUINT和FLUENT软件的二次开发，实现了联合应用热网络法和CFD求解技术对多体系统耦合换热问题的瞬态分析。 2.分别采用SINDA/FLUINT、FLUENT及两软件协同运行三种方法完成对某一多体系统的热分析计算。通过将得到的瞬态及稳态温度结果进行对比，分析三种方法的优缺点，证明了联合使用两方法对多体系统耦合换热问题进行热分析的可行性与可靠性。 3.实验研究了发热表面在不同环境下的自然对流与辐射耦合换热特性。通过实验测量得到在不同工况下，发热表面瞬态及稳态温度，推导出相应的壁面平均对流换热系数，对流换热量及辐射换热量。对比分析了在不同工况下，封闭腔内空气压力，冷热板温度，发热表面之间距离等因素对发热表面换热特性的影响。
飞行器;热控系统;固体导热;表面辐射换热;动态耦合
哈尔滨工程大学
硕士
热能工程
孙凤贤
2014
中文
V211.22
78
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）