粒子雾辐射散热特性的研究

论文摘要

未来的空间飞行器表面需要高效的散热系统,液滴式散热器利用粒子系具有较大的面质比这一性质,在不增加体积的前提下,可以有效增加辐射散热面积,提高了散热效率。在液滴式辐射散热器中,吸收了空间飞行器中设备发热量的低蒸发压力的液体粒子雾（直径100左右）被注入到空间中,通过辐射散热冷却,收集再循环。本文对粒子辐射特性进行了详细概述,然后讨论了计算粒子雾的辐射特性的方法。使用流场分析软件STAR-CD模拟雾化的过程,并提取了速度和浓度分布等参数,然后利用有限体积法（FVM）计算了辐射强度,并代入到能量方程求解粒子雾的温度分布,进而得到整个粒子雾的散热量。本文阐述了辐射和流动耦合的物理模型,计算了一维流场下的温度分布。最后讨论了影响散热的因素,例如,吸收系数、散射系数、浓度、速度等。其中,速度对散热有很大影响,其它系数,如吸收系数、散射系数、浓度等对散热也有影响,但相对于速度其影响较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的意义
• 1.2 国内外的研究和发展情况及分析
• 1.2.1 空间辐射散热器的国内外研究现状
• 1.2.2 粒子辐射的国内外研究现状
• 1.3 本课题研究内容
• 第2章 流体分析软件STAR-CD介绍
• 2.1 STAR-CD求解类型
• 2.1.1 流场解析
• 2.1.2 多孔介质及热耦合
• 2.1.3 多相流
• 2.1.4 化学反应
• 2.1.5 网格解析
• 2.2 喷嘴的相关知识
• 2.2.1 喷嘴的应用范围
• 2.2.2 喷雾工质的种类
• 2.2.3 液态工质雾化方法的简单原理及分类
• 2.2.4 液态工质喷射雾化机理的研究
• 2.2.5 喷嘴性能和喷雾质量的检测
• 2.3 雾化控制方程及模型
• 2.3.1 基本方程
• 2.3.2 湍流方程
• 2.4 喷嘴流动模型
• 2.5 粒子破裂模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 粒子辐射特性的基本理论
• 3.1 微粒热辐射的特性
• 3.1.1 粒子的尺度参数
• 3.1.2 复折射率
• 3.1.3 吸收、散射与衰减截面
• 3.1.4 吸收、散射与衰减因子
• 3.2 Mie理论
• 3.3 粒子系辐射特性
• 3.3.1 独立散射和非独立散射
• 3.3.2 稀疏粒子系的辐射特性
• 3.4 本章小结
• 第4章 粒子雾散热分析
• 4.1 有限体积法的基本思想
• 4.1.1 辐射传递方程的有限体积法
• 4.1.2 空间离散和角度离散
• 4.1.3 边界条件
• 4.1.4 适体坐标系下有限体积法
• 4.2 喷雾模拟
• 4.2.1 模型建立
• 4.2.2 特征分析
• 4.2.3 雾化效果及提取数据
• 4.2.4 粒子系辐射特性图
• 4.3 有限体积法下的能量方程
• 4.3.1 能量方程及其含义
• 4.3.2 方程离散
• 4.3.3 温度场计算
• 4.3.4 结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢