浮空器气囊蒙皮温度的改变,影响气囊与外界对流换热系数。对流换热系数的精确求解难度很大,不易实现。把风速温度作为定性温度来求解对流换热系数时会造成对流换热系数取值精确性低。文中提供一种对流换热系数的极限取值法,用于确定浮空器对流换热系数取值范围,一定程度上提高对流换热系数的精确性。

基于有限元软件Fluent,建立了椭球形浮空器的有限元模型,分析外界复杂环境对其热特性的影响,对不同工况下的浮空器热特性进行了数值模拟计算。在模拟计算过程中,充分考虑了风速、太阳辐射等外部环境因素对其热特性的影响,模拟了浮空器定点浮空中一天内不同时刻的气囊蒙皮温度变化,得到了其温度和温差随时间变化的曲线;还模拟了在升空过程中气囊蒙皮温度的变化情况,得到了其温度随浮空器升空高度的变化曲线。研究结果对浮空器的设计生产有实际的指导作用。

浮空器工作过程中的温度场变化对其运行及控制等方面会产生重要影响。基于武汉市夏至日低空气象资料,运用计算流体力学软件Fluent及其提供的UDF接口,对浮空器内、外流场及温度场进行耦合计算。通过数值仿真得到浮空器蒙皮与内置氦气囊及内部气体的三维温度场。通过分析三维温度场变化情况,可知浮空器外部蒙皮材料局部温度受耦合传热影响变化明显,内部气体和内置氦气囊温度变化较小。