疏导式热控结构温度分布研究

发布时间：2019-11-22 21:15

【摘要】：目的设计一种以降低表面热辐射为主的疏导式热控结构,通过对疏导式热控结构的热性能进行仿真计算与试验,探讨其温度场分布影响因素。方法采用FLUENT软件,仿真分析了该热控结构在热源200℃时,隔热材料和通风条件对流场及温度场的影响。采用5 mm厚、导热系数为0.036 W/(m·K)的隔热材料和1 mm厚的纯铝板,制备了总厚度为100 mm的疏导式热控结构,测试在热源200、300、400℃时,距隔热层表面0、5、15、35、55、75、95 mm平面内和热控结构外表面的温度,并与仿真计算结果进行了对比。结果在不通风条件下,热源为200、300、400℃时,热控结构外表面的温度分别为48.1、66.8、87.9℃;在5 m/s通风条件下,热源为200、300、400℃时,热控结构外表面的温度分别为36.5、39.8、47.4℃。结论仿真计算获得的温度值与实测值一致,疏导空间内部受热量辐射的影响随高度的增大逐渐减小,适当采用气体对流机制能够显著降低疏导空间和热控结构外表面的温度。
【图文】：

?本文设计了一种以降低表面热辐射为主的疏导式热控结构，建立了该结构的传热模型[13—15]，应用FLUENT软件进行了传热分析，获得了热源200℃时疏导空间的流场及温度常采用5mm厚、导热系数为0.036W/(m·K)的隔热材料和1mm厚的纯铝板，制备了总厚度为100mm的疏导式热控结构，并测试热源200、300、400℃时，距隔热层表面0、5、15、35、55、75、95mm平面内和热控结构外表面的温度，，为疏导式热控结构在红外抑制等工程领域的应用提供了依据。1疏导式热控结构为了实现热量的合理控制，设计了新型疏导式热控结构，如图1所示。该结构采用疏导式结构与隔热材料一体化组合，可以通过设计隔热材料、疏导通道、气体流量等主要参数，对疏导式热控结构进行优化。本文采用5mm厚隔热材料、1mm厚纯铝板，制备了总厚度为100mm的疏导式热控结构，如图2所示。隔热材料的参数如表1所示。图1疏导式热控结构示意图Fig.1Schematicofleadingthermalcontrolstructure图2疏导式热控结构Fig.2Theleadingthermalcontrolstructure表1隔热材料参数Tab.1Parametersoftheinsulationmaterials厚度/mm面密度/(kgm2)导热系数/(Wm1K1)52.900.0362疏导式热控结构传热模型基于疏导式热控结构模型和温度场的对称性特点，利用GAMBIT软件建立了如图3所示的平面几何模型和网格划分。该模型由纯铝外壳、疏导空间、隔热层、热源四部分组成。由于几何模型较规则，且能保证有限元模型有较好的收敛性，因此采用了四节点平面单元。各个部分的交界处进行网格加密，其余部位采用较小的网格密度，从而有效提高仿真精度，同时控制计算规模，节约计算时间。根据分析，对各部分界面施加合理的边界条件，见表2。综合考虑计算收敛性与经济性，选用标准k-?

1mm厚的纯铝板，制备了总厚度为100mm的疏导式热控结构，并测试热源200、300、400℃时，距隔热层表面0、5、15、35、55、75、95mm平面内和热控结构外表面的温度，为疏导式热控结构在红外抑制等工程领域的应用提供了依据。1疏导式热控结构为了实现热量的合理控制，设计了新型疏导式热控结构，如图1所示。该结构采用疏导式结构与隔热材料一体化组合，可以通过设计隔热材料、疏导通道、气体流量等主要参数，对疏导式热控结构进行优化。本文采用5mm厚隔热材料、1mm厚纯铝板，制备了总厚度为100mm的疏导式热控结构，如图2所示。隔热材料的参数如表1所示。图1疏导式热控结构示意图Fig.1Schematicofleadingthermalcontrolstructure图2疏导式热控结构Fig.2Theleadingthermalcontrolstructure表1隔热材料参数Tab.1Parametersoftheinsulationmaterials厚度/mm面密度/(kgm2)导热系数/(Wm1K1)52.900.0362疏导式热控结构传热模型基于疏导式热控结构模型和温度场的对称性特点，利用GAMBIT软件建立了如图3所示的平面几何模型和网格划分。该模型由纯铝外壳、疏导空间、隔热层、热源四部分组成。由于几何模型较规则，且能保证有限元模型有较好的收敛性，因此采用了四节点平面单元。各个部分的交界处进行网格加密，其余部位采用较小的网格密度，从而有效提高仿真精度，同时控制计算规模，节约计算时间。根据分析，对各部分界面施加合理的边界条件，见表2。综合考虑计算收敛性与经济性，选用标准k-ε两方程模型。该模型的控制方程包括连续性方程、

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