航天器熱控
關(guān)注創(chuàng)建者：CAEdream 創(chuàng)建時(shí)間：2017-05-21
航天器熱控的視頻教程
FENSAP-ICE高級(jí)應(yīng)用：飛機(jī)熱氣防冰仿真與工程實(shí)踐全流程大師班
講師介紹 laplacianFoam 博士，飛機(jī)防除冰仿真技術(shù)專家 博士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，航空航天系統(tǒng)高級(jí)工程師職稱，11年專注航空航天流體仿真與極端環(huán)境熱管理研究。主攻飛機(jī)防除冰系統(tǒng)建模、航天器在軌熱控優(yōu)化及復(fù)雜流動(dòng)模擬，精通Fluent/FENSAP-ICE/OpenFOAM/sinda fluint等工具鏈全流程開發(fā)。
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航天器熱控的實(shí)例教程
航天器熱控和環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)熱網(wǎng)的優(yōu)化
任健勛 張信榮 陳澤敬 梁新剛 清華大學(xué)工程力學(xué)系
摘要：為了對(duì)航天器熱控、環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)進(jìn)行減輕質(zhì)量化研究，建立其熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模擬的試驗(yàn)系統(tǒng)，研究不同布局下熱網(wǎng)絡(luò)工作特性，以尋求熱網(wǎng)絡(luò)中熱組件布局對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：熱組件布局方式對(duì)系統(tǒng)換熱有明顯影響；熱組建的優(yōu)化布局能使系統(tǒng)質(zhì)量下降，其幅度與平均換熱溫差有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同理論分析及數(shù)值模擬結(jié)果相吻合。
關(guān)鍵詞：航天器熱控系統(tǒng)，環(huán)控生保，傳熱，熱網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
1 實(shí)驗(yàn)原理及系統(tǒng)
1.1 實(shí)驗(yàn)原理
1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
3 數(shù)據(jù)處理及誤差分析
3.1 模擬熱組件的換熱量
3.2 傳熱系數(shù)K
3.3 換熱面積及質(zhì)量推算
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
4.1 換熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.2 輕量化分析
5 結(jié)論
航天器熱控和環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)熱網(wǎng)的優(yōu)化.pdf
展開 針對(duì)國(guó)內(nèi)外航天器熱控制、熱管理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,在詳細(xì)調(diào)研各種航天器熱控系統(tǒng)組成原理與功能實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上,從可靠性的角度出發(fā),歸納、總結(jié)了航天器熱控系統(tǒng)中串聯(lián)、并聯(lián)、表決、儲(chǔ)備四種常見的可靠性設(shè)計(jì)模式及其相應(yīng)的可靠性分析計(jì)算模型,介紹了其在空間站、月球探測(cè)
航天器熱控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與分析.pdf
美國(guó)先進(jìn)冷卻技術(shù)公司研制的用于航天器應(yīng)用領(lǐng)域的環(huán)路熱管往往與恒定熱導(dǎo)率熱管和變熱導(dǎo)率熱管結(jié)合用于將航天器負(fù)載的熱量傳輸至輻射器，其在-40～70℃的范圍內(nèi)最常用的工質(zhì)為氨，而在更低的溫度范圍內(nèi)則采用的工質(zhì)為丙烯和乙烷．此外，美國(guó)先進(jìn)冷卻技術(shù)公司還研制了用于70～250℃范圍的鈦-水環(huán)路熱管．
2.3 相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用
由相變儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展而來(lái)的相變溫控技術(shù)作為一種新興熱控技術(shù)越來(lái)越受到航天領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，美國(guó)國(guó)家航空和航天局早在1970年代就對(duì)各種相變材料在航天器熱控領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究，相變材料熱控技術(shù)的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是溫度控制的穩(wěn)定性和沒有運(yùn)動(dòng)部件．Collette
等
發(fā)表的綜述中對(duì)相變材料在航天熱控領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了分析，根據(jù)相變材料的潛熱、相變溫度、熱導(dǎo)率和密度等主要物性，討論了不同相變材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景．
潘艾剛
等
分析了基于相變材料的熱控技術(shù)及相變材料在熱控領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并對(duì)一種含有Cerrolow-136合金的相變溫控裝置進(jìn)行溫控實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明金屬類相變材料具有導(dǎo)熱性好、密度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，更適合應(yīng)用于相變溫控領(lǐng)域，最后對(duì)金屬相變材料在航天熱控領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了展望．
展開 同時(shí)還可以假設(shè)當(dāng)材料轉(zhuǎn)化為氣相后，就不再吸收大量的熱。當(dāng)周圍有其他氣流將蒸發(fā)的材料攜帶走時(shí)，這個(gè)假設(shè)很合理。將材料表面加熱到氣態(tài)并迅速移除固體周圍氣體的過(guò)程叫燒蝕。
要發(fā)生燒蝕，材料表面必須吸收大量熱通量。在此類熱源中，最實(shí)用的例子之一便是激光。此方法已廣泛用于各行業(yè)中，包括激光加工、外科手術(shù)和激光雕刻，以及其他應(yīng)用。當(dāng)然，熱源未必是激光。事實(shí)上，燒蝕熱屏蔽一直用于協(xié)助飛行器承受重返大氣層時(shí)產(chǎn)生的高熱載荷。
一位畫家繪制的再入飛行器上的熱屏蔽。
燒蝕建模要求設(shè)置一個(gè)計(jì)算固體材料溫度隨時(shí)間變化的模型并對(duì)其求解，同時(shí)要考慮升華熱和產(chǎn)生的材料去除。首先，必須設(shè)置一個(gè)熱邊界條件，確保固體材料溫度不超過(guò)升華溫度。其次，要制訂一種方法，對(duì)相關(guān)域中的質(zhì)量去除建模。讓我們來(lái)看一下如何在 COMSOL Multiphysics 中完成這兩項(xiàng)任務(wù)。
在 COMSOL Multiphysics 中對(duì)熱燒蝕建模
首先，我們考慮為上方展示的飛行器上的熱屏蔽建立一個(gè)高度簡(jiǎn)化的模型。假設(shè)分布在熱屏蔽上的熱通量在時(shí)間和空間上一致。另一個(gè)假設(shè)是，熱屏蔽的材料屬性不變，并且與沿厚度的溫度變化相比，屏蔽平面上的溫度變化忽略不計(jì)。在這兩個(gè)假設(shè)條件下，我們可以將模型簡(jiǎn)化成一個(gè)一維域，如下圖所示。
熱通量一致的熱屏蔽（上一張圖中）可以簡(jiǎn)化為一個(gè)一維模型。
一維域的熱邊界條件開始于一側(cè)的熱絕緣條件，這意味著飛行器機(jī)身不排熱。另一側(cè)的熱通量一致且固定，與重返大氣層時(shí)大氣傳熱的效果相似。
最后，我們需要加入一組邊界條件，用于對(duì)材料燒蝕引起的熱損耗模擬。材料溫度達(dá)到其燒蝕溫度時(shí)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，并從我們的建模域中去除。因此，固體材料的溫度不可能比燒蝕溫度高，當(dāng)材料溫度達(dá)到其燒蝕溫度時(shí)，表面會(huì)損失一定的質(zhì)量，具體取決于材料密度和升華熱。
展開 行業(yè)定制化方案</strong></p><p>針對(duì)航空航天、核工業(yè)、石油化工、水利水務(wù)等不同領(lǐng)域的特殊需求，VirtualFlow 提供了專用特色模塊。如在霧化場(chǎng)景中，通過(guò)模擬預(yù)測(cè)不同噴頭結(jié)構(gòu)和工況下的霧化效果，助力優(yōu)化噴頭設(shè)計(jì)優(yōu)化。在環(huán)路熱管設(shè)計(jì)方面，憑借多相流和相變模型，深入分析工質(zhì)流動(dòng)、蒸發(fā)和冷凝過(guò)程，輔助保障航天器熱控系統(tǒng)在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。</p><h2 class="ql-align-center"><strong>2、硬件賦能：高精度測(cè)試設(shè)備助力數(shù)據(jù)閉環(huán)</strong></h2><p>積鼎科技深知仿真與實(shí)際測(cè)試相結(jié)合的重要性，因此可提供一系列高精度測(cè)試設(shè)備，為多相流研究提供真實(shí)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)驗(yàn)證與標(biāo)定。</p><p><strong>1. Labasys 激光速度濃度測(cè)試儀</strong></p><p>該測(cè)試儀能夠?qū)崟r(shí)捕捉流場(chǎng)速度與濃度分布，為仿真模型提供高精度的輸入?yún)?shù)。在化工反應(yīng)過(guò)程中，準(zhǔn)確的速度和濃度數(shù)據(jù)對(duì)于反應(yīng)模型的建立和優(yōu)化至關(guān)重要。Labasys 激光速度濃度測(cè)試儀能夠精確測(cè)量這些參數(shù)，確保仿真模型更加貼近實(shí)際情況。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/a1a3fa235e02f23f065d63eebc8f923c.jpeg" height="350" width="700"></p><p><strong>2. Bubble-Pro光纖探針氣泡行為測(cè)量?jī)x</strong></p><p>Bubble-Pro 光纖探針可精準(zhǔn)測(cè)量多相流（氣體為離散相、液體為連續(xù)相）局部氣含率、氣泡速率和氣泡弦長(zhǎng)等氣泡行為。
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在環(huán)路熱管設(shè)計(jì)方面，憑借多相流和相變模型，深入分析工質(zhì)流動(dòng)、蒸發(fā)和冷凝過(guò)程，輔助保障航天器熱控系統(tǒng)在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。</p><h2 class="ql-align-center"><strong>2、硬件賦能：高精度測(cè)試設(shè)備助力數(shù)據(jù)閉環(huán)</strong></h2><p>積鼎科技深知仿真與實(shí)際測(cè)試相結(jié)合的重要性，因此可提供一系列高精度測(cè)試設(shè)備，為多相流研究提供真實(shí)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)驗(yàn)證與標(biāo)定。
熱管因其高效的熱傳導(dǎo)性能，被廣泛應(yīng)用于各種需要有效散熱的領(lǐng)域，如航空航天器的熱控、電子設(shè)備的冷卻等。
盡管熱管在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)展現(xiàn)出了其優(yōu)越的性能，但在設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試雖然能夠提供真實(shí)的數(shù)據(jù)，但往往成本高昂且周期長(zhǎng)。此外，實(shí)驗(yàn)條件難以完全控制，可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響。因此，仿真技術(shù)在熱管設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。
熱管因其高效的熱傳導(dǎo)性能，被廣泛應(yīng)用于各種需要有效散熱的領(lǐng)域，如航空航天器的熱控、電子設(shè)備的冷卻等。</p><p>盡管熱管在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)展現(xiàn)出了其優(yōu)越的性能，但在設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試雖然能夠提供真實(shí)的數(shù)據(jù)，但往往成本高昂且周期長(zhǎng)。此外，實(shí)驗(yàn)條件難以完全控制，可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響。因此，仿真技術(shù)在熱管設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。
多年來(lái)，銅-水熱管一直應(yīng)用于地面電子系統(tǒng)的熱控方案設(shè)計(jì)，直到近年來(lái)才因其尺寸小、承受熱流高及在地面測(cè)試期間抗重力的能力，在航天器熱控領(lǐng)域引起研究興趣，但迄今為止還未在航天器熱控領(lǐng)域成功應(yīng)用．2017年，美國(guó)先進(jìn)冷卻技術(shù)公司聯(lián)合美國(guó)國(guó)家航空和航天局推出第一款空間應(yīng)用的銅-水熱管，將其與HI
KTM
板集成，并在國(guó)際空間站(international space station
固體材料加熱到足夠高的溫度后會(huì)熔化，然后蒸發(fā)成氣體。有些材料甚至?xí)苯訌墓滔噢D(zhuǎn)化為氣相，這一過(guò)程稱為升華或燒蝕。對(duì)材料加熱的溫度足夠高，還會(huì)發(fā)生明顯的材料去除。今天，我們就來(lái)看一看如何使用 COMSOL Multiphysics? 對(duì)這一過(guò)程建模。
利用燒蝕去除材料
固體材料加熱時(shí)，溫度會(huì)上升，最終發(fā)生相變。這一過(guò)程涉及轉(zhuǎn)化為液相再轉(zhuǎn)化為氣相，或直接轉(zhuǎn)化為氣相。由于我們的目的是要去除材料
針對(duì)國(guó)內(nèi)外航天器熱控制、熱管理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,在詳細(xì)調(diào)研各種航天器熱控系統(tǒng)組成原理與功能實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上,從可靠性的角度出發(fā),歸納、總結(jié)了航天器熱控系統(tǒng)中串聯(lián)、并聯(lián)、表決、儲(chǔ)備四種常見的可靠性設(shè)計(jì)模式及其相應(yīng)的可靠性分析計(jì)算模型,介紹了其在空間站、月球探測(cè)
航天器熱控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與分析.pdf
基于遺傳算法優(yōu)化阻尼器空間位置的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制
基于遺傳算法的現(xiàn)行兩自由度隔振器的瞬態(tài)最優(yōu)設(shè)計(jì)
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結(jié)合多項(xiàng)式網(wǎng)與基因演算法于按鍵橡膠彈片外型尺寸最佳化設(shè)計(jì)
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船用U形管蒸汽發(fā)生器模型及其動(dòng)態(tài)仿真應(yīng)用
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清華大學(xué)——格分片線性函數(shù)的辨識(shí)和優(yōu)化
清華大學(xué)：自由浮動(dòng)球體的多推進(jìn)器進(jìn)化優(yōu)化控制
清華大學(xué)——航天器熱控和環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)熱網(wǎng)的優(yōu)化
航天器熱控和環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)熱網(wǎng)的優(yōu)化
任健勛 張信榮 陳澤敬 梁新剛 清華大學(xué)工程力學(xué)系
摘要：為了對(duì)航天器熱控、環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)進(jìn)行減輕質(zhì)量化研究，建立其熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模擬的試驗(yàn)系統(tǒng)，研究不同布局下熱網(wǎng)絡(luò)工作特性，以尋求熱網(wǎng)絡(luò)中熱組件布局對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：熱組件布局方式對(duì)系統(tǒng)換熱有明顯影響；熱組建的優(yōu)化布局能使系統(tǒng)質(zhì)量下降，其幅度與平均換熱溫差有關(guān)。
