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发动机进气道短舱前缘结冰三维模拟研究

航空学报 2013年第3期34卷 517-524页

作者：申晓斌林贵平卜雪琴郁嘉侯盼雪北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学人机工效与环境控制重点学科实验室北京100191

为计算发动机进气道短舱前缘的结冰冰形,在Messinger结冰热力学模型的基础上发展了一套纯三维的表面溢流水流动结冰模型。考虑空气摩擦力为表面溢流水流动的主要驱动力,用空气对进气道表面的剪切力来确定溢流水的流动方向及流量分配。... 详细信息

为计算发动机进气道短舱前缘的结冰冰形,在Messinger结冰热力学模型的基础上发展了一套纯三维的表面溢流水流动结冰模型。考虑空气摩擦力为表面溢流水流动的主要驱动力,用空气对进气道表面的剪切力来确定溢流水的流动方向及流量分配。为求解溢流水结冰模型,发展了一套重复查找表面控制体状态的方法,能够快速完成整个三维表面的计算。用该方法对某三维发动机进气道进行计算,得到了三维结冰冰形,并将计算结果与FENSAP-ICE计算结果进行了对比,结果显示两者的冰形轮廓基本一致,仅在冰角处存在差异,表明本文三维发动机结冰计算模型与计算方法是有效的,其计算精度与FENSAP-ICE结果相当。

关键词：发动机三维模拟冰形溢流水热力学模型

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后掠翼热气防冰系统数值仿真

航空学报 2012年第5期33卷 809-817页

作者：侯盼雪林贵平卜雪琴申晓斌北京航空航天大学航空科学与工程学院人机工效与环境控制重点学科实验室北京100191

对后掠翼热气防冰系统的表面温度进行了数值仿真研究。用欧拉方法计算局部水收集系数,外部对流换热系数用附面层积分法计算,蒙皮导热和内部换热用计算流体力学（CFD）方法计算,用基于FLUENT的用户自定义函数（UDF）方法将外部换热、蒙... 详细信息

对后掠翼热气防冰系统的表面温度进行了数值仿真研究。用欧拉方法计算局部水收集系数,外部对流换热系数用附面层积分法计算,蒙皮导热和内部换热用计算流体力学（CFD）方法计算,用基于FLUENT的用户自定义函数（UDF）方法将外部换热、蒙皮导热和内部换热三者耦合求解,实现了热流边界条件的自动加载和温度的自动更新。通过对ARJ21-700机翼防冰系统性能的计算,说明所研究的计算方法能对三维后掠翼热气防冰系统作出总体性能的评估和局部性能的评价,为自然结冰条件下飞机的飞行试验提供依据,从而大大降低飞行试验风险。

关键词：后掠翼热气防冰系统热耦合表面温度数值仿真

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基于泡沫铜/石蜡的锂电池热管理系统性能

化工学报 2017年第7期68卷 2678-2683页

作者：施尚余建祖陈梦东高红霞谢永奇北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学人机工效与环境控制重点学科实验室北京100191

高效的热管理系统能极大提高电池使用寿命并保证电池安全运行。为提高能源利用效率,针对动力电池组散热问题设计了基于相变材料的被动式热管理系统。采用泡沫铜/石蜡构成复合相变材料以提高石蜡的导热性能,并对复合相变材料导热性能进... 详细信息

高效的热管理系统能极大提高电池使用寿命并保证电池安全运行。为提高能源利用效率,针对动力电池组散热问题设计了基于相变材料的被动式热管理系统。采用泡沫铜/石蜡构成复合相变材料以提高石蜡的导热性能,并对复合相变材料导热性能进了测试。通过改变孔隙率、加热功率及环境温度,对不同工况下基于复合相变材料的热管理系统性能进行了实验研究。实验结果表明,泡沫铜孔隙率分别为96%、95%以及93%的复合相变材料的热导率分别是纯石蜡的14.2倍、19.2倍和25.4倍。基于复合相变材料的热管理系统能显著降低热源温度,其冷却性能优于自然对流风冷热管理系统。当热源发热量及环境温度为定值,相同结构复合相变材料下,泡沫铜孔隙率越低,热管理系统性能越好。基于复合相变材料的热管理系统能显著减小由于加热功率和环境温度变化导致的温度波动,提高了热源温度稳定性。

关键词：热管理相变石蜡泡沫铜对流热传导

板翅式换热器换热效能三元线性回归模型及其系数辨识

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航空学报 2012年第9期33卷 1571-1577页

作者：董素君王凯高红霞王浚北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学人机工效与环境控制重点学科实验室北京100191

针对系统仿真需要,忽略壁面导热热阻和流体物性参数变化,推导出一定对流换热准则形式下,板翅式换热器传热单元数(NTU)与两种流体介质质量流量间的三元线性回归模型。利用少量换热器性能试验数据,以MATLAB内嵌最小二乘法可准确确定该模... 详细信息

针对系统仿真需要,忽略壁面导热热阻和流体物性参数变化,推导出一定对流换热准则形式下,板翅式换热器传热单元数(NTU)与两种流体介质质量流量间的三元线性回归模型。利用少量换热器性能试验数据,以MATLAB内嵌最小二乘法可准确确定该模型系数,进而获得换热效能曲面。对比研究结果表明:该模型不仅试验数据少、拟合精度高,且具有一定的鲁棒性;即使不能准确知道换热器结构参数或传热因子的拟合公式,也能利用少量性能试验数据合理给出换热效能曲面,解决系统仿真研究时换热器模型参数的输入难题。

关键词：线性回归板翅式换热器换热效能系统仿真系数辨识

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加速度作用下环路热管工作特性实验

北京航空航天大学学报 2015年第1期41卷 38-44页

作者：谢永奇于印解立垚高红霞余建祖北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学人机工效与环境控制国防重点学科实验室北京100191

针对单储液器环路热管在过载加速度作用下可能出现的温度波动甚至无法运行的问题,基于恒加速度离心机系统,建立了双储液器环路热管(DCCLHP)工作特性实验台,实验研究了双储液器环路热管在重力场稳定运行后再施加过载加速度时的工作特性,... 详细信息

针对单储液器环路热管在过载加速度作用下可能出现的温度波动甚至无法运行的问题,基于恒加速度离心机系统,建立了双储液器环路热管(DCCLHP)工作特性实验台,实验研究了双储液器环路热管在重力场稳定运行后再施加过载加速度时的工作特性,分析了不同加热功率、不同加速度大小和方向对其运行性能的影响.结果表明,双储液器环路热管在加速度为7g时仍可达到稳定工作状态,加速度作用导致其稳定运行温度低于地面重力场的温度,且随加热功率和加速度不同,运行温度降低程度不同;加速度方向沿储液器2指向储液器1时其达到稳定状态所需时间比其反方向时更短.实验还观察到了加速度作用下冷凝器出口和液体管线出口温度波动现象.

关键词：环路热管加速度场双储液器工作特性实验

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光伏直接驱动的蒸汽压缩式制冷系统仿真

太阳能学报 2012年第9期33卷 1553-1559页

作者：杨宇飞袁卫星北京航空航天大学航空科学与工程学院人机工效与环境控制国防重点学科实验室北京100191

提出一种无蓄电池的光伏直接驱动的蒸汽压缩式制冷系统,由太阳能光伏阵列、DC/DC变换器、无刷直流电机、可变转速压缩机、风冷冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、水泵等组成。为了分析该光伏蒸汽压缩式制冷系统的性能,建立包含上述关键部件... 详细信息

提出一种无蓄电池的光伏直接驱动的蒸汽压缩式制冷系统,由太阳能光伏阵列、DC/DC变换器、无刷直流电机、可变转速压缩机、风冷冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、水泵等组成。为了分析该光伏蒸汽压缩式制冷系统的性能,建立包含上述关键部件的详细数学模型并进行仿真计算。根据仿真结果分析环境温度、太阳辐射强度和冷水出水温度等变量对光伏制冷系统性能的影响。仿真结果表明,在某些工况条件下,光伏蒸汽压缩式制冷系统的总效率可大于1。该模型可用于预测不同运行条件下光伏蒸汽压缩式制冷系统的制冷量、COP、压缩机转速及系统总效率等性能参数。

关键词：光伏制冷直接驱动压缩机仿真

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高超声速下表面凸起干扰气动热实验研究

航空学报 2012年第9期33卷 1578-1586页

作者： ESTRUCH-SAMPER David 卜雪琴 Department of Aeronautics Imperial College London 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学人机工效与环境控制重点学科实验室北京100191

对高超声速飞行器表面凸起附近的气流流动和气动加热开展了实验研究和分析。实验在高超声速炮风洞中进行,来流马赫数为8.2、单位雷诺数为9.35×106 m-1。利用薄膜传热测量方法进行了凸起几何形状和边界层状态对干扰流动加热的影响评估... 详细信息

对高超声速飞行器表面凸起附近的气流流动和气动加热开展了实验研究和分析。实验在高超声速炮风洞中进行,来流马赫数为8.2、单位雷诺数为9.35×106 m-1。利用薄膜传热测量方法进行了凸起几何形状和边界层状态对干扰流动加热的影响评估。利用流油图谱和纹影摄像法得到了凸起周围的流动特征:若凸起上游边界层未分离,最大峰值热流发生在凸起侧方附近处;若凸起上游边界层完全分离,最大峰值热流通常发生在凸起的上游表面。实验发现最大峰值热流和来流边界层状态关系不大,原因是流动干扰区表现出较强的三维扰动特性,使得来流层流边界层在干扰区内会转变成过渡甚至完全湍流状态。

关键词：高超声速表面凸起干扰加热实验最大峰值热流

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PR方程推算氮气/灭火剂蒸气等熵指数

航空动力学报 2017年第10期32卷 2378-2383页

作者：陈梦东余建祖施尚谢永奇北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院人机工效与环境控制重点学科实验室北京100191

氮气(N2)/灭火剂蒸气组成的混合气体的容积等熵指数和温度等熵指数随充填压力和温度的变化关系是影响机载灭火系统灭火剂释放过程的重要因素。基于PR(Peng-Robinson)方程和范德瓦尔混合规则,编制了N2/灭火剂混合气体的容积等熵指数和温... 详细信息

氮气(N2)/灭火剂蒸气组成的混合气体的容积等熵指数和温度等熵指数随充填压力和温度的变化关系是影响机载灭火系统灭火剂释放过程的重要因素。基于PR(Peng-Robinson)方程和范德瓦尔混合规则,编制了N2/灭火剂混合气体的容积等熵指数和温度等熵指数的计算程序,计算了三组混合气体N2/HFC227ea、N2/CF3I和N2/CF3Br充填压力分别为4.2MPa和2.5MPa,初始温度为293K时等熵指数随温度的变化曲线。结果表明:它们的容积等熵指数和温度等熵指数随着温度的升高而逐渐下降,呈近似线性关系。在相同温度下,充填压力为4.2MPa时的三组混合物的容积等熵指数和温度等熵指数均高于充填压力2.5MPa时的结果。在相同的充填压力和温度下,N2/CF3I的等熵指数最大,其次为N2/HFC227ea和N2/CF3Br的最小。

关键词：灭火系统 PR方程等熵指数灭火剂气液平衡

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旋转部件复杂表面水滴撞击计算

空气动力学学报 2016年第6期34卷 709-713页

作者：申晓斌张志强林贵平穆作栋卜雪琴北京航空航天大学北京100191 人机工效与环境控制重点学科实验室北京100191

为模拟旋转体结冰问题的过冷水滴运动及撞击过程,基于欧拉方法及单旋转坐标系模型,建立了三维旋转水滴运动模型,并提出了相应的数值求解方法。采用单旋转坐标系对空气及水滴两相流动过程进行处理,通过引入惯性力,将惯性系下的周期转动... 详细信息

为模拟旋转体结冰问题的过冷水滴运动及撞击过程,基于欧拉方法及单旋转坐标系模型,建立了三维旋转水滴运动模型,并提出了相应的数值求解方法。采用单旋转坐标系对空气及水滴两相流动过程进行处理,通过引入惯性力,将惯性系下的周期转动边界转换为定常流动边界;利用欧拉方法,使用单向耦合形式描述空气—水滴流场;在单旋转坐标系下,向控制方程内引入科里奥利加速度及牵连加速度,进行非惯性系下欧拉方程的修正,从而描述水滴运动过程;采用有限容积求解器对空气及水滴运动的控制方程组进行求解,通过引入源项定义单旋转坐标系下的惯性力,得到空气流场及水滴场的速度、体积分数分布,进而得到表面水滴撞击特性。采用上述方法对旋转帽罩与叶片模型进行算例分析,结果表明所建立的旋转水滴计算方法有效,对比静止状态表面的结果,旋转对帽罩的水滴撞击特性影响甚小,而对桨叶存在显著影响;由于帽罩具有中心对称的特性,因而旋转带来的切向速度变化对其水滴撞击特性影响不明显;桨叶表面水滴收集系数随旋转角速度增大而增大,同时收集系数在表面的分布会向迎风方向偏移,较大的角速度对应了更为显著的收集系数增幅与偏移现象。

关键词：飞机结冰数值模拟欧拉法旋转部件水滴撞击特性单旋转坐标系模型