高超声速飞行器壁面催化效应会导致激波层中原子在壁面处复合释热,加剧周围气动热环境。针对高超声速流动壁面催化特性,选择不同飞行马赫数及高度条件,采用完全催化和非催化两种条件对球锥模型壁面热流率进行数值模拟计算,研究壁面催化效应对气动热的影响规律。结果表明,固定飞行高度时,壁面催化效应对气动热的影响随马赫数增加而加强,Ma=25条件下驻点处完全催化与非催化热流比值高达1.92;固定飞行马赫数时,在50 km高空以上壁面催化效应对气动热的影响随高度增加而减弱;壁面催化效应不仅会影响壁面附近的流场特性及组分分布状态,而且对整个激波层都有一定的影响作用。

采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)与Kriging代理模型相结合,建立快速求解气动热参数的降阶模型。引入一种基于换热系数的线性近似方法进行热边界传递,以减少因壁温变化引起的流场迭代。以三维翼面为例,对气动热的计算分析表明,利用POD-Kriging模型快速得到的翼面热流分布与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法得到的热流分布平均误差在7%以下,而且随着POD基模态个数的提高,误差能够明显降低。结果表明该方法具有较好的计算精度,结合线性近似方法处理热边界,在不降低气动热计算精度的前提下,能够大幅度减少计算耗时。

基于物理模型,利用MATLAB软件模拟分析了北京和南京地区民用建筑南外墙在夏季典型气候与太阳辐射共同作用下,在结合了绝热材料（EPS）的三排孔砌块中,自然通风对室内的热影响。结果表明：北京地区随着楼层的升高,其节能的效果呈现先升高后降低的趋势,存在一个峰值接近90%;南京地区随着楼层的升高,其节能效果呈现下降的趋势,在3层时为最高值在60%～70%之间。北京通风墙体的热阻相较不通风时的墙体热阻,最高可提高43.4%,最低提高28.4%;南京通风墙体的热阻相较不通风时的墙体热阻,最高提高了23.2%,最低提高了13.7%。通风墙体在北京更加适用于中高层民用建筑,而在南京更加适用于多层民用建筑。

基于TIMED/SABER 2002—2018年大气密度观测数据,统计分析了20~80 km大气密度扰动对高超声速飞行器飞行热环境的影响。根据驻点热流估算方法给出的大气密度变化量与热流变化量之间的关系,定性和定量分析了不同月份大气密度相对变化量引起的热流变化量在垂直和水平方向的分布特征。研究表明SABER大气密度月年均值计算的热流相对USSA76在夏季半球中高纬度地区偏高,在冬季半球偏低。在夏季半球高纬度地区约80 km附近存在热流增量的极大值,南半球夏季的极大值高于北半球夏季,尤其在南半球1月份,热流偏高可达32.2%。在经度方向,热流分布在夏季半球差异较小,冬季半球差异较大;考虑真实大气中存在的扰动时,在南半球和北半球夏季80 km附近,SABER大气密度预测的热流分别比USSA76偏高可达40.7%和36.6%。在经度方向,大气扰动引起的热流经向分布差异显著。在飞行...

为探究稀薄流流域迎风凹腔的气动防热特性,采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,对稀薄流流域中航天器鼻锥迎风凹腔气动力与气动热性能进行了研究。得到了鼻锥外壁面、凹腔侧壁面以及凹腔底面的热流密度分布情况,分析了不同凹腔深宽比对鼻锥冷却效率以及凹腔腔体内气体参数的影响。以深宽比为1的凹腔为基准,研究了凹腔唇口钝化半径对航天器气动热与气动力的影响。数值结果表明,稀薄流流域中迎风凹腔能够使鼻锥外壁面的热流密度下降7%左右;当凹腔深宽比达到1之后,凹腔侧壁面热流变化趋于一致,热流密度最低点的轴向位置不随深宽比改变,且凹腔底部热流很小,仅为L/D=0.5算例的28.66%;凹腔近底部气体均由稀薄流转化为连续流,凹腔内气体压力不断振荡;唇口钝化没有明显优势,虽然可以降低鼻锥峰值热流,但是会带来严重的气动力性能下降。

制动器工作过程中盘片摩擦产生的热流为非轴对称的，二者之间的热流耦合及其他场的耦合作用是影响制动效能的重要因素。基于以上问题，针对盘式制动器建立热传导方程，对盘片之间的擘擦传热和热流耦合现象进行分析。根据盘式制动器的结构特点和所建立的热传导数学模型，基于ABAQUS／Explict搭建其三维瞬态温度／应力场有限元模型，分析正常制动和紧急制动等典型工况下制动盘的温度场和应力场，对多场耦合现象进行分析；分析制动盘打孔后的温度场、热应力场等分布。结果表明：车辆在正常制动和紧急制动时，多场耦合有较大区别；正常制动工况最高温升160℃，紧急制动最高温升622℃；紧急制动工况，场耦合情况严重，温度场在轴向和径向上存在较大的温度梯度，对制动效能有较大影响；打孔不适用所研究的制动器，对场分布产生不利影...

在前人对无叶腔内流场和作者对叶轮内流场测试的基础上,建立流动模型,提出了求解旋流泵叶轮内流场的全三维势流边界元解法,计算结果与实测值吻合较好。