本文目的是研究空间站舱内通风及其对传热传质的影响,为空间站的热控系统及坏控生保系统的设计提供参考。首先对舱内空气流动进行了可视化实验,研究发现,一定的通风流量下,气流以45°角和30°角的方向沿狭长缝进入舱内后,随初始条件变化而具有不同的非对称的流动形态,即出现分又现象。对于60°角狭长缝斜进风和间隔开口斜进风,流动形态对称,无分叉现象出现。本文还运用数值方法成功地模拟了45°角斜进风舱内的流动分叉现象,探讨了流量和计算初场的影响。研究表明,空气流量、进风角度、进风口大小等参数是决定舱内流动分叉现象出现与否的主要因素,这些参数均存在临界值,参数大于临界值以后,流动就会出现分叉现象。 提出了衡量舱内二氧化碳排放特性的参数,对常见通风方式的二氧化碳排放特性进行了数值研究,结合流动特性和换热特性,可知45°角交错间隔斜进风的综合性能较好。本文进一步研究了舱内通风对壁面结露特性的影响,建立了合理的物理模型和数学模型。研究结果表明,隔热层导热热阻较小时,通风可能会加速结露,也可能会抑制结露;导热热阻较大时,通风抑制结露。采取隔热与通风相结合的方法,可以有效地防止结露。另外,对防结露舱壁结构的质量构成进行分析研究后认为,舱壁质量增量存在最小值。适当增大内隔热层表面黑度,减小外隔热层表面黑度,选用导热系数较低的内外隔热层材料,可以减小质量增量,达到舱壁结构轻量化的设计目标。 分析了热缩比和减压模拟技术,将两者结合,提出了在地面重力环境下模拟微重力流动换热的缩比—减压技术,用数值实验的方法进行了验证。本文还提出了地面传热实验的微重力修正方法,用数值算例进行了分析研究。将这种微重力修正技术与缩比—减压模拟技术相结合,可以利用地面实验,得到对地面正样传热实验结果进行微重力修正的公式。论文还以垂直集中进风为例,对舱内的换热特性进行了数值模拟,发现低雷诺数k-ε湍流模型计算所得的舱内壁面换热特性可以较好地与实验结果吻合。