基于二维材料的真空气压传感器设计与测试

设计、加工、测试了一种基于二维材料(MoS2)的小型化、微机电系统(MEMS)皮拉尼气压传感器,测试结果表明传感器有效测量范围10~10^4 Pa,最高灵敏度50Ω/Pa,功耗6×10^-7 W/V,与仿真结果相符。该传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高等优点,在复杂环境下真空压力测量领域中具有广阔的应用前景。     

蜂窝流道热沉强化传热数值模拟

热沉是模拟太空深冷环境的核心部件。为提高空间深冷环境的模拟效果,更好地满足型号试验需求,设计了一种蜂窝流道热沉。利用流体力学理论和有限元方法对蜂窝热沉内部流体的流动和强化传热进行数值模拟,分析流道结构参数对流体流动和换热的影响,确定最优的流道结构参数。结果表明,同等条件下蜂窝热沉表面温度低于管板式热沉5 K左右,温度均匀性可达到±2 K;流道深度和间距是影响流体在热沉中流动与传热的重要因素,合理选择流道结构参数可以提高热沉的换热性能;需要综合考虑传热和阻力问题来确定最优的流道结构参数,最优的蜂窝热沉流道间距为75 mm,深度为10 mm。     

不锈钢-气氮板式热沉仿真研究

目的研究不锈钢-气氮板式热沉中,氮气压力、氮气入口流速以及热沉自身流道深度对热沉传热性能的影响。方法利用AnsysFluent软件,对板式热沉壁面温度分布情况以及进出口压力损失进行模拟仿真。结果提高氮气压力和氮气入口速度可以提升热沉的温度均匀性,但热沉进出口压力损失也会增大。对于气氮-板式热沉而言,流道深度的改变对热沉温度均匀性的影响不大,但流道深度较小时,进出口压力损失较大。结论建议在设计气氮-板式热沉时,流道深度选择在8~10 mm,外流程中氮气压力控制在0.3~0.4 MPa,氮气流速控制在20 m/s为宜。     

海水淡化装置内舱碳钢防护涂层寿命预测研究

目的获得海水淡化装置内舱碳钢防护涂层的耐热老化寿命。方法通过调整设备的温度及压力,模拟低温多效蒸发器半浸区工作环境,进行为期20个月的浸泡加速试验。以涂层的附着力随老化时间的变化情况、涂层颜色变化情况、涂层浸泡前后微观形貌和阻抗值为评判依据,在老化经验公式的基础上进行外推计算,进行涂层热老化寿命预测。结果该涂料在该区域经过20个月的挂片试验,涂层表面均未出现起泡、锈蚀、开裂、脱落等失效现象;表面色差变化趋势相对稳定;干态附着力为10.9 MPa,经过20个月的测试,附着力为8.95 MPa;0.01 Hz低频阻抗(|Z|0.01 Hz)条件下,其电化学交流阻抗值由浸泡前的1.8×10^8Ω·cm^2下降为浸泡后的7.9×10^6Ω·cm^2。涂层阻抗的数量级虽有所下降,但仍然具有较高的阻抗值,具有较好的保护性能。经过老化经验公式进行外推计算,预测海水淡化装置内舱碳钢防护涂层的热老化寿命为13.33年。结论海水淡化装置内舱防护涂料具有长寿命热老化重防腐作用。     

卫星热试验舱内污染监测及烘烤出气方法研究

目的通过卫星热试验过程中采取烘烤出气措施后舱体内部污染状况分析,为卫星试验过程中污染控制工作提供有效方法。方法使用石英晶体微量天平(QCM)及真空度测试系统,对星内污染沉积量与真空度进行实时监测,比较卫星高温静置工况前后沉积量与真空度测试量值的变化。结果整个热试验过程中星内污染出气沉积量为1.8×10-5g/cm2,高温静置工况星内污染出气沉积量为5.67×10-6g/cm2,高温静置工况开始前星内真空度为2.9×10-2Pa,第一次高温循环工况开始时星内真空度为2.3×10-3Pa。结论整个高温静置工况星内污染出气沉积量约占整个热试验过程中的30%,且使得星内真空度由10-2Pa的量级降低到10-3Pa的量级,因此高温静置烘烤措施能够有效去除卫星材料出气污染。     

真空热试验红外加热笼运动驱动系统设计

目的解决在航天器真空热试验中,单纯依靠红外加热笼自身设计,无法兼顾高、低温工况外的热流模拟需求问题。方法设计一套运动驱动系统,并应用于型号试验,通过调整红外加热笼的相对位置,调节不同工况下外热流模拟能力。结果该系统满足空间环境模拟器机械和电接口要求,克服了真空热试验环境高真空、超低温等因素的影响,实现了红外加热笼的平稳可靠移动,使其最大、最小辐射热流密度等指标得到显著提升。结论真空热试验中,通过运动驱动系统适时调整红外加热笼的相对位置,可以使其更好地适应不同工况需求,并提高外热流模拟整体能力。     

基于流体力学数值模拟的装甲车热环境分析

为更加准确地描述装甲车乘员室在不同条件下的热环境,采用两方程湍流模型,将装甲车置于数字风洞模型内,模拟求解不同条件下装甲车内的三维对流换热和空气流动状况,该方法可为装甲车乘员室热环境设计研究提供参考.     

临近空间飞行器防隔热/承载一体化热结构设计及力/热行为

目的满足临近空间飞行器对结构/热防护系统质量指标的苛刻要求,研制兼具轻量化与高效防隔热/承载一体化的热防护结构及系统。方法根据临近空间飞行器承力和防热两方面的要求,设计一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护结构,采用地面高温环境试验,考查复合材料一体化热防护结构的抗烧蚀性能。建立一体化热防护结构的热响应和力学响应预报方法,以某飞行器机翼为研究对象,开展一体化热防护结构在机翼部位的应用研究,利用有限元方法进行热力耦合分析。结果一体化热防护结构高温热暴露后表面出现热解,但结构性能保持良好。结论设计的一体化热防护结构满足防热和承载两方面设计要求,是新一代飞行器的理想热防护方案。     

再入攻角对弹头锥身气动热环境及结构热响应影响研究

目的分析再入弹头锥身气动热环境及结构热响应,研究再入攻角振荡对其影响规律。方法建立基于工程法的气动热/结构热响应耦合计算方法,并采用该方法开展锥身典型位置气动热环境及结构热性计算分析。结果随着再入攻角的振荡衰减,各典型子午面冷壁热流密度曲线围绕90°子午面热流密度曲线振荡,其振幅呈现先振荡增大、后振荡衰减的变化规律。与90°子午面相比,各子午面总加热量均有所增大。再入攻角振荡引起的金属层外壁面温度最大振荡幅值为3K,但对最终时刻结构温度影响较小。结论计算弹道条件下,再入飞行攻角振荡对气动热环境及结构热响应影响较小,可通过增加余量的方式给予考虑。     

新型长时热流测量装置的研制及应用

目的设计一种新型热流测量装置,使传感器满足长时间热流测量的需求,且传感器外表面可以适量打磨,与飞行器的气动外型面完好随型。方法采用铜和钢作为备选材料,施加相同的表面热流边界,对比敏感端内外壁温差情况。优化热流辨识传感器传热路径、敏感端厚度,通过有限元模型分析打磨对热流辨识结果的影响。基于优化结果,研制出热流测量装置,并通过地面试验验证该装置的有效性。结果从热响应获取时间延迟角度来看,Cu比钢具有较大的优势。综合考虑敏感端外表面需要与飞行器外表面随型打磨,选用5 mm的厚度具有一定的安全可靠性。敏感端的适度打磨基本不影响温度测量结果。辨识获得的热流数据与实际控制热流吻合较好,最大偏差约15%。结论成功研制了热流测量装置,并通过地面热试验证明了热流测量的有效性。     

SiO2气凝胶隔热性能的影响因素研究

目的 在不同热流条件下,通过调整SiO2气凝胶的孔隙率、涂层厚度等,以满足合适的隔热要求。方法 针对中短程飞行器飞行时外壁面承受短时高热流的特点,在分析孔隙率对SiO2气凝胶热导率影响规律的基础上,通过数值仿真研究不同气凝胶孔隙率、气凝胶厚度及热流作用下的温度响应。结果 得到了不同条件下满足隔热要求的气凝胶最小厚度,以及气凝胶表面的最高温度。高温情况下,气凝胶孔隙率为96%时,有效热导率最低,孔隙率超过96%时,隔热性能变差。结论 当飞行器内壁面温度满足要求时,增大气凝胶的孔隙率,则需要减小气凝胶的厚度,相应的气凝胶表面温度会升高,但升幅很小。当飞行器外壁面承受长时间大热流时,仅调整气凝胶的厚度和孔隙率不能达到结构的隔热要求。     

石墨烯薄膜原子氧剥蚀行为及电阻特性

目的研究石墨烯薄膜在原子氧空间环境的适应性,为其在航天器上应用提供参考。方法采用刮涂法制备石墨烯薄膜,将石墨烯薄膜材料及石墨烯电阻传感器置于微波源原子氧设备内开展原子氧试验,原子氧剂量分别为3.0×10^20 atoms/cm2和7.5×10^20 atoms/cm^2,研究薄膜表面形貌、结构、成分及电阻性能的变化。结果采用刮涂法可制备氧含量较低的石墨烯薄膜,原子氧剂量为7.5×10^20 atoms/cm^2情况下,石墨烯薄膜的厚度损失为5.3μm,原子氧反应率为7.14×10^-25 atoms/cm^3。原子氧作用后,石墨烯薄膜中碳原子无序程度增大,C—O、—COOH官能团含量降低,C=O官能团含量增加。石墨烯电阻传感器的R0/R比值随原子氧剂量增加线性降低,0.8μm厚度薄膜可探测最大原子氧剂量为5×10^19 atoms/cm^2,增加薄膜厚度有望提高传感器的使用寿命。结论得到了石墨烯薄膜厚度损失、原子氧反应率、微观结构及电阻特性的变化规律,可为石墨烯薄膜的空间应用提供技术支撑。     

基于高时空辨识度实时数据的重庆二环内外区域车流特征差异分析

高时空辨识度的车流时空分布特征是研究区域机动车排放的重要基础,通过射频识别技术和车辆注册登记数据获得重庆市二环区域每10 min的车流量以及车辆技术特征信息,对比分析内环以内及以外区域的分车型、分道路类型、分排放标准和燃料类型的车流量时空变化特征.结果表明:①重庆市内环以内区域日均流量为1.8×104辆,约为内环以外区域的1.8倍.②内环以内区域小型客车、公交车、出租车的日均流量分别为内环以外区域的1.7、2.1和2.5倍,而重型货车的日均流量为内环以外区域的54.8%.③ 2个区域车辆的主要燃料类型为汽油、天然气、柴油、新能源,占比分别为71.7%~73.7%、15.1%~21.4%、5.5%~9.6%、1.3%~1.5%.④ 2个区域车辆的排放标准分布基本一致,主要排放标准为国Ⅳ（约占76.5%）,国Ⅴ约占11.4%,国Ⅲ约占9.0%,国Ⅱ、国Ⅰ和国Ⅰ前的占比之和约为3.1%.⑤ 2个区域的小时总流量变化特征呈“M”型分布,早高峰时段为08:00—10:00,晚高峰时段为16:00—18:00.⑥ 2个区域小型客车、公交车的小时流量变化特征均与总流量变化特征基本一致,但出租车、轻型货车和重型货车在08:00仍保持明显的上升趋势,直到14:00才缓慢下降.⑦内环以内区域高速路、快速路、县道的高峰时段流量明显较高,分别为内环以外区域的5.5、2.5、6.2倍;而内环以外区域国道的高峰时段流量相对较高,约为内环以内区域的1.8倍.研究显示,重庆市二环内外区域的车流量和车辆技术特征信息的时空分布存在较大差异,建议完善城市实际道路车流的时空监测网络,为机动车排放清单的编制提供更好的数据支撑.      

机室真空度对高速土工离心机风阻和环境温度影响的数值研究

目的 揭示机室真空度对高速离心机风阻和环境温度的影响机制和规律。方法 基于多参考坐标系计算方法,开展离心机环形机室的三维流动传热数值模拟。结果 在本文的研究范围内,随着机室真空度的下降,离心机风阻功率单调降低,相对于常压环境,当机室真空度降低为5、30 kPa时,风阻功率分别降低超过90%和60%。机室真空度的降低,一方面引起黏性耗散产热的减弱,另一方面也弱化了机室表面对流换热和机室空气的传热能力,体现出复杂的环境温度影响机制。相对于常压环境,机室真空度为5、30 kPa时,离心机室环境最高温度分别降低约24.7、9.4 K。结论 在本文的研究参数范围内,降低机室真空度可以有效降低环境温度,且在真空度降低至10 kPa以下时,降温幅度更为明显。     

金属TPS蜂窝盖板的热梯度诱导变形计算

建立了蜂窝结构的一维传热模型,给出了其热梯度诱导变形计算公式.同时,计算了某高温合金六角蜂窝结构的热变形,认为在设计金属TPS的蜂窝盖板时,必须考虑其特定服役环境下的热变形.     

大伙房水库上游地区森林生态系统服务功能价值评估

运用市场价值法、机会成本法、影子价格法、费用分析法、影子工程法、旅行费用法和替代花费法对大伙房水库上游地区森林生态系统服务功能价值进行评估,计算得到研究区森林生态系统服务功能总价值为101．07亿元／a,其中物质生产价值2．19亿元／a,大气调节价值33．93亿元／a,水分调节价值12亿元／a,环境净化价值23．66亿元／a,土壤保护价值8．62亿元／a,生物多样性维持价值12．17亿元／a,休闲文化价值8．49亿歹己／8。研究结果显示,研究区森林生态系统具有健全的生态服务功能,有效地达到了调节大气、涵养水源、防洪蓄洪、保持土壤等生态效益,有着极其重要的生态保护价值。     

热喷涂防腐涂层在大气环境中的应用

主要介绍了热啧涂技术的工艺原理、应用领域和技术创新,总结了大气腐蚀的影响因素,主要是环境因素（包括温度、湿度等）和污染物因素（包括二氧化硫和氯离子浓度等）,并依据腐蚀因素确定了不同的大气腐蚀类型,最后综述了热喷涂防腐蚀涂层的分类、防腐蚀原理及其在桥梁、电厂、工业设施、港工码头等铜结构大气防腐蚀方面的应用。     

基于模拟环境的特种车辆热平衡试验研究

对环境模拟试验室进行了技术改造,将设计指标设定为模拟环境温度-43℃,满足功率为400kW车辆的动态热平衡。在环境温度35～55℃时,环境模拟试验室制冷能力有了很大提高,采取适当的试验方法在环境模拟试验室中进行功率400kW以上车辆的热平衡试验,既可以满足国军标中规定的试验条件,又可以发现被试车辆研制过程中存在的问题,为工程设计人员提供了可靠的设计或改进依据。