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卫星大功率电缆束温度场建模分析及捆扎热效应研究

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西北工业大学学报 2023年第6期41卷 1155-1161页

作者：胡帼杰周江石明李一帆刘百麟杨闻尹家聪中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

随着卫星功率的提高,星上功率电缆载流量和热耗水平大幅增加,热安全性问题凸显,功率电缆精准建模和精细化设计的需求日趋迫切。基于地面试验数据提出了卫星大功率电缆束的热分析建模方法,并给出了电缆安装固定处和捆扎处换热参数的经验... 详细信息

随着卫星功率的提高,星上功率电缆载流量和热耗水平大幅增加,热安全性问题凸显,功率电缆精准建模和精细化设计的需求日趋迫切。基于地面试验数据提出了卫星大功率电缆束的热分析建模方法,并给出了电缆安装固定处和捆扎处换热参数的经验值和试验标定值;通过模拟电缆分束和合束捆扎的温度场定量分析了电缆束捆扎的热效应,明确了增强电缆与周边环境的辐射换热是改善电缆束散热条件最有效的手段。文中建立的卫星大功率电缆束热模型可作为星上功率电缆在轨温度预示和精细化敷设设计的重要基础。

关键词：大功率卫星功率电缆束热效应有限元分析温度场

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简单流体非牛顿现象的分子动力学研究

工程热物理学报 2013年第12期34卷 2309-2313页

作者：胡帼杰董若宇曹炳阳过增元清华大学航天航空学院热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

采用分子动力学模拟方法研究了Lennard-Jones(LJ)流体和硬球气体的非牛顿现象.通过模拟库特流和振荡流分析了简单流体在定常剪切力和振荡剪切力作用下的流动行为,结果表明,LJ流体和硬球气体在高剪切率下均表现出与复杂流体相似的剪切变... 详细信息

采用分子动力学模拟方法研究了Lennard-Jones(LJ)流体和硬球气体的非牛顿现象.通过模拟库特流和振荡流分析了简单流体在定常剪切力和振荡剪切力作用下的流动行为,结果表明,LJ流体和硬球气体在高剪切率下均表现出与复杂流体相似的剪切变稀,在高频振荡作用下也均出现剪切率相对剪切力的相位滞后.模拟还发现高剪切率会引起LJ流体径向分布函数和内部势能的变化,但是硬球气体由于其没有内部势能和固定的分子内部结构,传统理论不能解释上述结果.能质理论提出的能质(传输能量的等效质量)惯性导致非牛顿现象的观点很好地解释了简单流体的非牛顿行为.

关键词：非牛顿现象 LJ流体硬球气体分子动力学模拟能质理论

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大型网状天线柔性连接结构热响应分析

西北工业大学学报 2018年第5期36卷 1013-1019页

作者：闫森浩周佐新胡帼杰中国空间技术研究院北京100094

大型网状天线在轨运行的交变热环境影响其温度均匀性,导致热变形,进而影响天线性能,因此准确预计天线在轨温度并分析天线热稳定性的影响因素是改善天线性能的基础。利用有限元热分析软件构建大型网状天线模型,仿真得到金属网反射面、张... 详细信息

大型网状天线在轨运行的交变热环境影响其温度均匀性,导致热变形,进而影响天线性能,因此准确预计天线在轨温度并分析天线热稳定性的影响因素是改善天线性能的基础。利用有限元热分析软件构建大型网状天线模型,仿真得到金属网反射面、张力绳索、肋组件等柔性连接结构对其连接关系的热响应。分析结果表明天线金属网及肋组件温度均对两者的连接关系敏感,各自对其与张力绳索的连接关系均不敏感;张力绳索对其与金属网的连接关系敏感,对其与肋组件连接关系不敏感。上述分析结论可为大型网状天线连接结构设计提供重要参考。

关键词：网状天线柔性连接结构连接关系温度响应

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热子动力学模拟方法

计算物理 2013年第1期30卷 82-88页

作者：胡帼杰曹炳阳清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

提出热子动力学模拟方法,以理想气体中的热质粒子即热子为模拟对象,建立热子间的碰撞模型,统计可获得热子气系统的热力学性质,实现对热质的直接模拟.基于该方法,对氩热子气的平衡态系统和非平衡态系统进行模拟计算,模拟计算的热子气的... 详细信息

提出热子动力学模拟方法,以理想气体中的热质粒子即热子为模拟对象,建立热子间的碰撞模型,统计可获得热子气系统的热力学性质,实现对热质的直接模拟.基于该方法,对氩热子气的平衡态系统和非平衡态系统进行模拟计算,模拟计算的热子气的状态方程同理论表达式一致,准确得到了氩气热导率在微纳尺度下的变化规律,验证了热子动力学模拟方法的可行性.

关键词：热子动力学模拟热质理论热子气非傅里叶导热

太阳窗口抑制空间激光通信天线在轨热致温度场扰动研究

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西北工业大学学报 2017年第2期35卷 326-332页

作者：刘百麟胡帼杰周佐新中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094

空间激光通信光学天线对温度场的稳定性和均匀性要求甚高,GEO星载激光通信,受剧烈交变的太阳外热流影响,引起星外光学天线在轨温度场热扰动失稳而缩减光通信时间。为此提出"太阳窗"作为太阳光谱滤光装置屏蔽太阳辐射,结合光学天线系统... 详细信息

空间激光通信光学天线对温度场的稳定性和均匀性要求甚高,GEO星载激光通信,受剧烈交变的太阳外热流影响,引起星外光学天线在轨温度场热扰动失稳而缩减光通信时间。为此提出"太阳窗"作为太阳光谱滤光装置屏蔽太阳辐射,结合光学天线系统热设计,基于热仿真分析研究太阳窗抑制光学天线温度场热扰动效能。研究结果表明,基于太阳窗的光学天线系统热控优化设计,抑制光学天线温度场热致扰动效果显著:主镜温度场稳定性提高2.2倍,次镜温度场稳定性提高10.6倍,主镜与次镜温度场均匀性提高约10倍,符合光通信天线温度场稳定性与均匀性指标要求的时长可达24h/d,是不采用太阳窗方案的3倍以上。

关键词： GEO 太阳窗口激光通信光学天线温度场

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卫星推进系统管路加热带温度分布试验研究

航天器工程 2023年第6期32卷 95-101页

作者：刘百麟谢伟华周江李一帆胡帼杰中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

卫星推进系统管路加热带的温度分布是影响推进系统任务实现及卫星在轨长寿命高可靠工作的致命因素。文章通过基础试验方法研究主导管路加热带温度分布的自变量及影响规律。试验结果表明:管路加热带的温度水平与温度场分布均匀性受加热... 详细信息

卫星推进系统管路加热带的温度分布是影响推进系统任务实现及卫星在轨长寿命高可靠工作的致命因素。文章通过基础试验方法研究主导管路加热带温度分布的自变量及影响规律。试验结果表明:管路加热带的温度水平与温度场分布均匀性受加热丝丝径、管路管径、缠绕工艺、工作电流影响较大。另外,基于试验实测数据量化自变量影响规律并进行机理分析。文章研究成果可为卫星推进系统管路加热器的可靠性与安全性设计提供参考数据。

关键词：卫星推进系统管路加热带温度分布

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系统的(火积)与可用(火积)

科学通报 2011年第19期56卷 1575-1577页

作者：胡帼杰曹炳阳过增元清华大学航天航空学院热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

(火积)是与做功无关的传热过程的核心物理量,它具有势能意义,表征物体传递热量的能力.为了与热力学中的核心物理量熵进行对比,用微分形式并从建立过程量与状态量关系的角度,对(火积)的定义和概念重新进行了讨论.对于可逆条件下固体中的... 详细信息

(火积)是与做功无关的传热过程的核心物理量,它具有势能意义,表征物体传递热量的能力.为了与热力学中的核心物理量熵进行对比,用微分形式并从建立过程量与状态量关系的角度,对(火积)的定义和概念重新进行了讨论.对于可逆条件下固体中的导热,(火积)量(过程量)等于固体(系统)某个状态量的变化,所以可把其定义为系统(火积).对于可逆条件下气体中的热量交换,由于系统与环境的功交换引起(火积)损失,因此需要引入新的物理量——可用(火积)量和可用系统(火积).可用(火积)量是指能用于加热物体的最大(火积)量,而且等于气体(系统)某个状态量的变化,所以可把其定义为可用系统(火积).因此,固体系统(火积)或气体可用系统(火积)都是状态量,它们的变化分别与(火积)量或可用(火积)量相对应,所以在传热学中没有必要强调区分过程量和状态量.

关键词： (火积) 可用(火积) 状态量过程量

地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计与优化

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中国空间科学技术 2016年第1期36卷 85-93页

作者：胡帼杰李健刘百麟中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094

LIPS-300离子电推力器工作时产生的大量热耗会严重影响其工作性能,因此推力器的热控设计和在轨温度预计是推力器设计的关键技术之一。文章首先提出了地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计,建立了离子电推力器热分析有限元模型。然后... 详细信息

LIPS-300离子电推力器工作时产生的大量热耗会严重影响其工作性能,因此推力器的热控设计和在轨温度预计是推力器设计的关键技术之一。文章首先提出了地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计,建立了离子电推力器热分析有限元模型。然后,针对典型的地球静止轨道位保工况开展了LIPS-300离子电推力器的在轨热分析,得到了LIPS-300离子电推力器重点部件在轨工作时的温度预计:下极靴、阳极筒、屏栅、下磁钢为主要的高温位置,且下磁钢温度可能超出材料温度上限。最后,基于热分析的结果结合离子电推力器的特点提出适当增加外壳散热面积是离子电推力器优化设计的有效方向,而增强阳极筒、极靴与屏栅筒间的内部换热是无效的设计优化方向。

关键词：地球静止轨道离子电推力器热设计在轨热分析优化设计

Thermal conductivity of multi-walled carbon nanotubes:Molecular dynamics simulations

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Chinese Physics B 2014年第9期23卷 347-353页

作者：胡帼杰曹炳阳 Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Engineering MechanicsTsinghua University

Heat conduction in single-walled carbon nanotubes （SWCNTs） has been investigated by using various methods, while less work has been focused on multi-walled carbon nanotubes （MWCNTs）. The thermal conductivities of the double-walled carbon nanotubes （DWCNTs） with two different temperature control methods are studied by using molecular dynamics （MD） simulations. One case is that the heat baths （HBs） are imposed only on the outer wall, while the other is that the HBs are imposed on both the two walls. The results show that the ratio of the thermal conductivity of DWCNTs in the first case to that in the second case is inversely proportional to the ratio of the cross-sectional area of the DWCNT to that of its outer wall. In order to interpret the results and explore the heat conduction mechanisms, the inter-wall thermal transport of DWCNTs is simulated. Analyses of the temperature profiles of a DWCNT and its two walls in the two cases and the inter- wall thermal resistance show that in the first case heat is almost transported only along the outer wall, while in the second case a DWCNT behaves like parallel heat transport channels in which heat is transported along each wall independently. This gives a good explanation of our results and presents the heat conduction mechanisms of MWCNTs.

关键词： multi-walled carbon nanotubes thermal conductivity temperature control method molecular dynamics simulation