【摘 要】
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在轨服役期满航天器高速陨落再入大气层，在高超声速气动加热作用下将发生金属材料变形软化/失效和复合材料热解/烧蚀，解体成碎片或残留舱体。三维有限元传热模型为金属熔融和复合材料烧蚀模拟提供所需的温度条件。本文采用四节点四面体单元对空间进行离散，依据泛函理论，将传热控制方程离散为代数方程组；利用有限单元法总体合成得到刚度矩阵具有对称正定性、高度稀疏性、非零元素分布的规则性，应用一维变带宽压缩存贮技术，有
【机 构】
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中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳621000
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在轨服役期满航天器高速陨落再入大气层，在高超声速气动加热作用下将发生金属材料变形软化/失效和复合材料热解/烧蚀，解体成碎片或残留舱体。三维有限元传热模型为金属熔融和复合材料烧蚀模拟提供所需的温度条件。本文采用四节点四面体单元对空间进行离散，依据泛函理论，将传热控制方程离散为代数方程组；利用有限单元法总体合成得到刚度矩阵具有对称正定性、高度稀疏性、非零元素分布的规则性，应用一维变带宽压缩存贮技术，有效解决了大型稀疏矩阵的数据存贮问题；为有效抑制求解过程中出现的温度在时间和空间上的振荡问题，发展集中热容矩阵系数的方法，将热容矩阵的同行或同列元素相加代替对角线元素，新的热容矩阵只有对角线的元素，其余元素均为零。在求解三维瞬态温度场时，构造计算瞬态温度场的两点向后差分格式、Crank-Nicolson格式和Galerkin格式。通过计算验证比较，在相同计算条件下，采用以上三种格式均可获得一致稳定的温度解，并得到与现有ANSYS有限元软件较为吻合的计算结果，确认本文所发展的传热有限元计算可靠性。在此基础上，对低轨航天器薄壳结构进行了传热计算，给出了寿命末期低轨航天器沿小再入角弹道再入飞行时在120km～90km高度的瞬态温度分布。
其他文献
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多项时间分数阶扩散模型在描述材料的粘弹性特性方面起着重要作用。本文针对多项时间分数阶扩散方程，在数值求解正问题的基础上研究了分数阶本构方程的参数估计反问题。首先，利用修正的预估-校正方法给出了多项时间分数阶扩散方程的数值解；然后，基于一种复合Nelder-Mead单纯形和粒子群优化(NMSS-PSO)算法估计了多项时间分数阶模型中的分数阶导数及各项系数。最后，给出数值算例，利用粘弹性材料的实验数据
蜻蜓具有卓越的飞行能力，其气动性能显著优于同尺度的人造飞行器。通过实验观察，本文注意到蜻蜓翅膀具有复杂而独特的褶皱状形貌，这与经典的翼型有着显著不同。我们关心这些褶皱在飞行中能否带来正面的气动影响。本文首先基于典型蜻蜓翅膀横截面的几何特征，构造了一组褶皱振幅渐变的翼型。
本文建立了高频振动下的趋氧性微生物在多孔层里的Darcy-Brinkman生物对流模型，对模型进行了线性分析，在动量守恒方程中引入了修正的Darcy-Brinkman项，以伽辽金法求解控制方程，考察了高频振动以及修正达西数对系统稳定性的影响。结果 表明：竖直方向加载的高频振动可以有效抑制生物对流的产生，而且有效的粘性力对流体起稳定作用。
具有抽吸/喷注以及运动边界影响的流动与传热问题在工业领域内具有重要的实际应用。本文对上述边界条件如何影响幂律流体的边界层自然对流换热做了详细的分析。采用依赖于速度梯度的热导率模型匹配非牛顿流体的传热复杂性，并引入合适的相似变量，得到原物理问题的相似方程—耦合的非线性常微分方程组。运用同伦分析方法求得速度场和温度场的近似解析解。
研究发现湍流具有显著的分形特征,需用分数阶Navier-Stokes方程来描述atu+ u·▽u=-1/ρ▽p-1/Re(-Δ)βu,其中(-Δ)β为空间分数阶Laplace算子,Re为分数幂雷诺数；此方程也可由具有分数阶梯度算子的本构关系得到。同时对此分数阶Navier-Stokes方程解的性质也有大量理论研究。
偏滤器是磁约束聚变系统中用来排除杂质、控制等离子密度和聚变功率的核心部件,偏滤器靶板及组件瞬时换热系数能达到15-30 MW/m2,因此,设计紧凑高性能冷却系统是目前极具挑战的核心问题之一。偏滤器冷却系统按制冷剂可分为水冷系统、氦气冷却系统和液态金属冷却系统三大类,其中氦气冷却系统结构紧凑、操作温度高、热转换效率高,已成为研究热点。氦冷却系统采用湍流冲击射流来强化换热。
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