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基于近场热辐射的可变发射率空间辐射器技术
1
作者 徐德宇 汪国云 +1 位作者 孟繁孔 赵军明 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第1期81-87,共7页
针对载人航天热控系统辐射器根据最大热负荷设计、难以适应低温工况的问题,研究了基于近场热辐射调控的可变发射率辐射器技术。建立了近场热辐射参与的辐射器等效发射率模型,利用涨落电动力学和半导体载流子输运理论求解近场辐射热流和... 针对载人航天热控系统辐射器根据最大热负荷设计、难以适应低温工况的问题,研究了基于近场热辐射调控的可变发射率辐射器技术。建立了近场热辐射参与的辐射器等效发射率模型,利用涨落电动力学和半导体载流子输运理论求解近场辐射热流和等效发射率随电压的依变关系。在此基础上,建立了变发射率辐射器与单相流体回路耦合传热模型,仿真分析了该方案对工质温度的调控性能。结果表明,在-5~20 V的电压范围内,发射率的变化量可达0.62,保温工况下最低发射率可降至0.2以下。与单相流体回路配合使用,通过调节电压可使得全氟三乙胺工质在各种内部热负荷和外部热环境下均维持在正常工作温区(-100~50℃),提高了热控系统的适应性。虽然目前制备难度和成本较高,但随着微纳加工技术的发展,该技术有潜力服务于载人深空探测等热环境更加复杂多变的航天任务。 展开更多
关键词 航天器热控制 辐射器 可变发射率 单相流体回路 电调控近场热辐射
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超临界态航天煤油管内对流换热特性研究 被引量：1
2
作者 刘少斌 杜宗罡 +3 位作者 韩伟 张晓罗 任亚涛 齐宏 《节能技术》 CAS 2020年第4期291-298,共8页
燃料再生冷却是最好的航天发动机热防护方法之一,但航天发动机工作时煤油会处于超临界态,其对流换热特性会显著改变,甚至出现传热恶化。为了探究航天煤油在超临界态下对流换热特性,本研究使用Ansys Fluent软件以超临界状态下小管径圆管... 燃料再生冷却是最好的航天发动机热防护方法之一,但航天发动机工作时煤油会处于超临界态,其对流换热特性会显著改变,甚至出现传热恶化。为了探究航天煤油在超临界态下对流换热特性,本研究使用Ansys Fluent软件以超临界状态下小管径圆管内RP-3煤油为研究对象,围绕圆管管径、壁面热流密度、煤油质量流率、出口压力等因素对煤油在小管径圆管内对流换热特性的影响进行分析,通过结果对影响机理进行阐述。此外,本研究还设置分组对照的边界条件,对临界态煤油管内流动发生的传热恶化现象进行模拟,并分析了传热恶化的产生机理,发现传热恶化的发生与煤油热物性在拟临界温度附近剧烈的变化有关。 展开更多
关键词 航天煤油 超临界状态 传热特性 传热恶化
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基于蒙特卡洛法的喷管中强非均匀性介质辐射换热问题求解加速策略
3
作者 肖舰 高包海 +2 位作者 任亚涛 何明键 齐宏 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期537-546,共10页
固体火箭发动机喷管内的辐射换热不可忽视,使用传统蒙特卡洛法模拟效率低下,而现有蒙特卡洛法加速策略研究多局限于辐射物性跨越1个数量级的情况,这与实际喷管中的强非均匀性特点不符。因此,辐射物性跨越2~3个数量级时,以零碰撞蒙特卡... 固体火箭发动机喷管内的辐射换热不可忽视,使用传统蒙特卡洛法模拟效率低下,而现有蒙特卡洛法加速策略研究多局限于辐射物性跨越1个数量级的情况,这与实际喷管中的强非均匀性特点不符。因此,辐射物性跨越2~3个数量级时,以零碰撞蒙特卡洛法为基准,对加权零碰撞蒙特卡洛法和分解蒙特卡洛法两种加速策略进行比较探究,分别考察了灰介质立方体、非灰介质圆柱体算例。结果表明:加权零碰撞蒙特卡洛法在零碰撞衰减系数取全局最大值的60%以上、分解蒙特卡洛法在控制介质辐射物性取全局最大值的3%以内时,二者均可在保证计算精度的前提下缩减计算用时;相较分解蒙特卡洛法,加权零碰撞蒙特卡洛法的加速性能更好,其在非灰算例中的效率提升最高可达14%。此外,还提出了一种改进的轴对称网格定位方法,在几种典型路径中计算用时可缩减43%以上。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 喷管 辐射换热 强非均匀性介质 蒙特卡洛法
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船舶柴油机尾气热电装置热分析及结构设计 被引量：2
4
作者 刘少斌 何明键 +1 位作者 任亚涛 齐宏 《节能技术》 CAS 2022年第1期3-10,共8页
船舶柴油机具有能耗高,热效率低的特点,对尾气余热回收装置进行热分析和结构优化设计能有效提高余热回收效率。对基于温差发电的船舶柴油机余热回收装置进行热分析,提出余热回收装置的优化规律。选取工程中热电模块材质、船舶柴油机常... 船舶柴油机具有能耗高,热效率低的特点,对尾气余热回收装置进行热分析和结构优化设计能有效提高余热回收效率。对基于温差发电的船舶柴油机余热回收装置进行热分析,提出余热回收装置的优化规律。选取工程中热电模块材质、船舶柴油机常见工况作为仿真物性,用热电模块冷热端温度差作为热电转换效率的指标。在船舶柴油机常见的温度和速度工况范围内,温度变化对装置的余热回收量的影响更大。对于余热回收装置,导热介质层的厚度设计需要考虑余热传导效率和热电模块的耐受温度;从分布均匀性角度出发,提出了中间放置和均匀放置两种热电模块组的排列方式,而前者比后者的平均温度高了15 K,且工作温度更均匀;对强化冷却的翅片散热器的翅片高度、翅片间距和翅片单元数量进行分析,在本文研究工况下,翅片间距为翅片厚度三倍为最优设计。 展开更多
关键词 余热回收 热分析 热电性能 结构设计 优化原则
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火箭发动机推力与红外辐射关联特性数值分析
5
作者 高文强 孟夏莹 +2 位作者 苏慕萍 董士奎 牛青林 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期10-19,61,共11页
为实现火箭发动机目标分类与识别,提取发动机推力大小与尾喷焰红外辐射强度间关联关系成为必要环节。本研究以高氮高能GAP/Cl20/Al(GCA)和高氮无烟GAP/ADN/DAAOF(GAD)两种新型推进剂为研究对象,从影响发动机推力的主要型谱参数入手,基... 为实现火箭发动机目标分类与识别,提取发动机推力大小与尾喷焰红外辐射强度间关联关系成为必要环节。本研究以高氮高能GAP/Cl20/Al(GCA)和高氮无烟GAP/ADN/DAAOF(GAD)两种新型推进剂为研究对象,从影响发动机推力的主要型谱参数入手,基于尾喷焰内流、反应流场和红外辐射的全链路计算方法,设计燃烧室压力、喷管膨胀比和推进剂配方谱系,数值分析了发动机推力与欠膨胀尾喷焰在2.7、4.3μm波段的辐射强度的关联性。结果表明:在燃烧室压力和喷管膨胀比变化下,发动机推力与尾喷焰辐射强度均呈对数线性关系;在同推力下,GAD较GCA推进剂的尾喷焰辐射强度偏低3~5倍;燃烧室压力和喷管膨胀比作为推力主导因素下,两种推进剂在不同来流动压下的发动机推力与红外辐射强度近似遵循统一的对数分布关系;推进剂配比变化引起的发动机推力变化较弱,在不同来流动压下两种高氮推进剂对应的尾喷焰辐射强度沿发动机推力呈现出明显的“聚集”现象,且在4.3μm波段内的辐射强度随来流动压差异呈现出分层现象。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 尾喷焰 推力 红外辐射 关联关系
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基于光场成像技术的散射性火焰温度场重建 被引量：4
6
作者 黄兴 齐宏 +2 位作者 牛志田 任亚涛 阮立明 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期952-959,共8页
光场成像是一项新兴的非接触式测温技术,针对传统辐射成像温度场重构效率低的问题,开展了基于光场成像的散射性火焰温度场重建研究。在火焰光场成像模型的基础上,以广义源项多流法为正问题模型,利用Landweber算法重构吸收散射性火焰的... 光场成像是一项新兴的非接触式测温技术,针对传统辐射成像温度场重构效率低的问题,开展了基于光场成像的散射性火焰温度场重建研究。在火焰光场成像模型的基础上,以广义源项多流法为正问题模型,利用Landweber算法重构吸收散射性火焰的三维温度场,同时引入最小二乘QR(LSQR)分解算法作为对比以衡量Landweber算法的性能。分析了测量误差对于重建精度的影响,重建结果表明,即使在添加5%测量误差的情况下温度场的平均重建相对误差也仅为0.91%和0.92%,重建结果仍然是合理的。Landweber算法和LSQR算法具有相当的计算精度,但Landweber算法的计算时间是LSQR算法的1/10,其计算效率明显优于LSQR算法。 展开更多
关键词 光场成像 温度测量 燃烧诊断 反问题 Landweber算法
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不同界面计算方法对液滴在电场作用下变形数值模拟精度的影响
7
作者 刘强 吴健 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期979-984,共6页
液滴在电场作用下的变形是电流体动力学的基础课题之一,表面张力的计算精度对液滴变形量的模拟结果有重要影响。本文以开源计算流体动力学平台OpenFOAM的VOF模型为框架,研究了MULES和isoAdvector两类界面更新算法与相分数梯度和RDF函数... 液滴在电场作用下的变形是电流体动力学的基础课题之一,表面张力的计算精度对液滴变形量的模拟结果有重要影响。本文以开源计算流体动力学平台OpenFOAM的VOF模型为框架,研究了MULES和isoAdvector两类界面更新算法与相分数梯度和RDF函数两类曲率算法对电场作用下液滴变形模拟精度的影响。研究表明,isoAdvector算法相比MULES算法对网格密度的要求更低,但其耦合相分数梯度算法计算表面张力的误差较高。isoAdvector算法耦合RDF函数算法计算误差较低,并且在使用轴对称网格时,只有该算法能够同时处理液滴平行于电场和垂直于电场方向的变形,得到的数值结果与解析解吻合较好。 展开更多
关键词 电流体动力学 VOF模型 液滴变形 表面张力算法 OPENFOAM
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基于散射光强度的碳黑团聚体分形结构和粒径分布同时反演
8
作者 张俊友 齐宏 +2 位作者 王一飞 任亚涛 阮立明 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期925-932,共8页
利用散射光信号实现碳黑团聚体分形结构和粒径分布参数的同时反演,在火焰辐射换热模拟和污染物测定方面有着重要应用价值。反演的正问题基于瑞利-德拜-甘斯多分散分形团聚体(RDG-PFA)散射理论,研究了2种信号方案,包括多角度散射及多角... 利用散射光信号实现碳黑团聚体分形结构和粒径分布参数的同时反演,在火焰辐射换热模拟和污染物测定方面有着重要应用价值。反演的正问题基于瑞利-德拜-甘斯多分散分形团聚体(RDG-PFA)散射理论,研究了2种信号方案,包括多角度散射及多角度散射-准直透射率。反演前,对比2种信号方案的残余适应度值分布发现,散射与透射信号同时使用有效减弱了反问题的病态性。反演过程基于协方差矩阵自适应的演化策略(CMA-ES)算法,该算法具有很强的局部搜索能力,为快速且稳定地反演各个目标参数提供了保障。反演结果表明了CMA-ES算法较大搜索空间内的可行性和普适性,同时也证明了采用多角度散射-准直透射率的组合信号有效提高了目标参数的反演精度。 展开更多
关键词 光散射 碳黑 团聚体 分形维度 反问题 优化算法
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基于主被动层析融合的碳烟火焰多参数场重建
9
作者 高包海 齐宏 +3 位作者 史景文 牛志田 任亚涛 何明键 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1135-1147,共13页
为克服实际工程应用中火焰辐射特性未知导致对火焰温度和辐射特性协同重建的低效率和低精度难题,结合主动激光层析吸收光谱和被动辐射成像技术,提出一种基于主被动层析融合的高温碳烟火焰多物理场协同重建的新方法。结合多谱段下激光层... 为克服实际工程应用中火焰辐射特性未知导致对火焰温度和辐射特性协同重建的低效率和低精度难题,结合主动激光层析吸收光谱和被动辐射成像技术,提出一种基于主被动层析融合的高温碳烟火焰多物理场协同重建的新方法。结合多谱段下激光层析透射测量信号和火焰自发辐射光场测量信号,根据火焰弥散介质辐射传输机理建立主被动层析的多场协同重建模型,对数值模拟高温碳烟火焰和耶鲁大学实验燃烧火焰的三维辐射物性场、温度场及气固两相燃烧产物组分浓度场的协同重建进行模拟研究,并对多种测量信号的随机误差进行误差传递分析。结果表明:当激光信噪比大于25 dB时,模拟火焰衰减系数场重建的相关系数接近1,重建的温度场与真值吻合较好;当激光信噪比大于30 dB时,实验火焰碳烟颗粒浓度场重建的相关系数接近1,温度场重建相关系数约为0.83;光场信号测量噪声对温度重建精度的影响比激光测量噪声显著,应尽可能保证激光与光场测量系统的标定精度。 展开更多
关键词 主动激光层析 光场成像技术 高温碳烟火焰 辐射反问题 多参数场重建
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