低温贮箱新型组合绝热(SOFI/VD-MLI)传热特性研究

摘要

热防护技术作为低温贮箱必备技术，特别是航空航天领域高效热防护技术使用，将大大降低低温贮箱漏热，减少低温推进剂蒸发损失，实现低温推进剂零蒸发存储。新型组合绝热（SOFI/VD-MLI）作为一种低温贮箱高效热防护技术，是泡沫绝热（SOFI）与变密度多层绝热（VD-MLI）的合理组合，具有绝热效果好、质量轻的优点，在将飞行器地面停放、发射上升、在轨运行阶段低温贮箱漏热量降到最低的同时，还有助于减轻低温贮箱质量。
　　本文以低温贮箱SOFI/VD-MLI为研究对象，对其进行传热机理分析、传热计算模型建立、传热计算及结果分析、温度场数值模拟等研究。首先，对地面阶段、空间阶段SOFI/VD-MLI进行了传热机理分析。地面阶段SOFI/VD-MLI考虑SOFI导热以及VD-MLI中相邻辐射层之间辐射换热、相邻辐射层之间气体导热、相邻辐射层之间间隔材料固体导热；空间阶段SOFI/VD-MLI考虑SOFI导热以及VD-MLI中相邻辐射层之间辐射换热、相邻辐射层之间剩余气体导热、相邻辐射层之间间隔材料固体导热，两种工况均忽略间隔材料及层间气体对辐射换热影响。随后，基于地面阶段、空间阶段SOFI/VD-MLI传热过程，建立了地面阶段、空间阶段SOFI/VD-MLI传热计算模型。其次，在建立的地面阶段、空间阶段SOFI/VD-MLI传热计算模型基础上，对SOFI/VD-MLI进行了传热计算。结果表明，SOFI/VD-MLI中的SOFI主要在地面阶段发挥绝热作用，在地面阶段SOFI绝热效果明显优于VD-MLI；SOFI/VD-MLI中的VD-MLI主要在空间阶段发挥绝热作用，在空间阶段VD-MLI绝热效果明显优于SOFI。因此，SOFI/VD-MLI既解决了飞行器在地面阶段低温贮箱的漏热问题，同时又能在空间阶段发挥良好的绝热作用。最后，对地面阶段、空间阶段SOFI/VD-MLI温度场进行了数值模拟。结果显示，地面阶段沿绝热层厚度方向，SOFI中温度变化明显，VD-MLI中温度基本不变；空间阶段沿绝热层厚度方向，VD-MLI中温度变化明显，SOFI中温度基本不变，进一步说明在地面阶段SOFI发挥主要绝热作用，在空间阶段VD-MLI发挥主要绝热作用。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及研究意义

1.2 课题来源及研究内容

1.3 新型组合绝热概述

1.4 新型组合绝热研究现状

第2章 低温贮箱新型组合绝热机理分析

2.1 变密度多层绝热机理分析

2.2 新型组合绝热机理分析

2.3 本章小结

第3章 低温贮箱新型组合绝热传热计算模型建立

3.1 变密度多层绝热传热计算模型建立

3.2 新型组合绝热传热计算模型建立

3.3 本章小结

第4章 低温贮箱新型组合绝热传热计算及结果分析

4.1 低温贮箱变密度多层绝热传热计算及结果分析

4.2 低温贮箱新型组合绝热传热计算及结果分析

4.3 本章小结

第5章 低温贮箱新型组合绝热温度场数值模拟

5.1 建立模型

5.2 输入材料参数

5.3 导入模型

5.4 划分网格

5.5 边界条件

5.6 求解及分析结果

5.7 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文