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载人飞船仪器舱通风过程的实验研究

作　者: 白金峰
导　师: 刘林华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: 载人飞船热控制对流通风量纲分析地面模拟实验
分类号: V416
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

我国在神舟六号载人飞船发射成功后,明确提出了中国航天事业未来五年的八大发展目标和十二项主要任务。将实现航天员出舱活动及航天器交会对接、实现绕月探测等一系列的空间科学活动。为了给空间飞行器热设计提供依据,考核热控系统的适应能力以及确定最佳热控参数,必须在研制过程中进行充分的地面模拟实验,以取得可靠的实验数据来指导系统的热设计。对流与通风换热技术是重要的主动热控手段。而采用空气强迫对流的空气冷却方式,由于其布置方式比较灵活,对流换热系数变化范围较宽,且可控性好,因而被广泛应用在仪器机柜的通风换热方面。它可以控制与调节航天器构件、仪器及舱内环境热参数;收集、传输和排散热量;调配综合利用热能。本文结合载人飞船典型仪器机柜的地面模拟实验的分析要求,针对物理模型复杂、飞船在轨运行与地面实验热状况不尽相同等问题,建立相应的物理数学模型,进行了数值模拟和分析。并以此为依据,组建了该仪器机柜的1:1地面模拟实验台,进行了一系列的地面模拟实验与分析。本文主要进行了如下三方面工作:(1).对载人飞船仪器舱内典型仪器机柜的对流与通风过程进行数值模拟,模拟机柜内仪器的安装位置及仪器机柜通风风量对换热性能的影响等;获得了合适的仪器安装位置以及不同温度条件下的合理通风风量。(2).分析比较飞船在轨运行时与地面模拟实验时换热特征数的差异,应用量纲分析原理得到换热特征数之间的关系,得到了联系空间微重力环境和地面正样实验之间的关联式。(3).以数值模拟的结果为依据,组建了仪器机柜的1:1地面模拟实验台;在不同温度、不同风量的条件下,对于不同的发热方式对仪器表面稳定温度的影响等进行了一系列的实验研究,对实验数据及影响因素进行了分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 研究背景及其意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 国内研究状况  13-14
    1.2.2 国外研究状况  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第2章仪器机柜对流换热的数值模拟及结果分析  16-37
  2.1 引言  16-17
  2.2 仪器机柜内三维数值模拟的数学模型  17-18
    2.2.1 机柜内气体的控制方程  17-18
    2.2.2 基本假定  18
  2.3 计算模型的选取及边界条件设置  18-20
    2.3.1 k-ε双方程数学模型  18-19
    2.3.2 边界条件的处理  19-20
  2.4 数值计算结果的评价方法  20-22
  2.5 仪器机柜的结构图  22-23
  2.6 仪器安装位置对通风换热的影响  23-29
  2.7 机柜通风风量的选取  29-31
  2.8 地面实验和空间微重力条件下换热特征参数的拟合  31-35
    2.8.1 仪器表面平均Nu的拟合  32-33
    2.8.2 仪器表面最高温度的拟合  33-35
  2.9 本章小结  35-37
第3章仪器机柜地面模拟实验系统  37-49
  3.1 引言  37
  3.2 实验系统的总体构成  37-39
  3.3 机柜体及其内部仪器的结构  39-44
    3.3.1 机柜体结构  39-41
    3.3.2 仪器盒结构及安装  41-42
    3.3.3 直流电源  42-44
  3.4 温度的测量与存取  44-47
    3.4.1 仪器表面温度的测量  44
    3.4.2 显示仪表  44-45
    3.4.3 数据的读取和存储  45-47
  3.5 空气速度的测量  47-48
  3.6 其它设备  48
  3.7 本章小结  48-49
第4章仪器机柜对流通风地面模拟实验  49-64
  4.1 引言  49
  4.2 实验过程  49-50
  4.3 热阻片迎风或测温点位于背风的情况  50-59
    4.3.1 空气流量相同，温度不同的情况  50-54
    4.3.2 空气温度相同，流量不同的情况  54-59
  4.4 热阻片处于背风侧的情况  59-60
  4.5 单个仪器的实验  60-63
    4.5.1 迎风面有热阻片的情况  61-62
    4.5.2 迎风面没有热阻片的情况  62-63
  4.6 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-73
致谢  73

载人飞船仪器舱通风过程的实验研究

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