航空器復(fù)雜密閉空間自然對流換熱及其熱分析研究.pdf

1、自然對流換熱是大型航空飛行器內(nèi)一種重要的傳熱方式，并且隨著高功率電子器件在機(jī)載電子設(shè)備系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，自然對流換熱對其溫度場的形成機(jī)制與特性的影響愈發(fā)重要。由于航空器系統(tǒng)需在不同溫度環(huán)境下進(jìn)行工作，為了保證設(shè)備的可靠性，需要對其溫度進(jìn)行控制。目前，大型航空器熱分析中受計(jì)算資源限制常采用實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式來求解對流換熱問題，其計(jì)算結(jié)果偏差較大；而 CFD軟件雖然在流動換熱求解方面具有優(yōu)勢，但針對大型復(fù)雜空間內(nèi)的多體、非穩(wěn)態(tài)、分散熱源作用下的導(dǎo)熱

2、-對流-輻射耦合換熱問題，求解效率低，甚至不能開展。因此，研究復(fù)雜封閉空間內(nèi)的自然對流特性，掌握各種因素下空間內(nèi)換熱系數(shù)及溫度范圍預(yù)測方法，對航空器熱設(shè)計(jì)具有重要意義。本文以大型航空飛行器熱分析為研究背景，在開展不同條件和結(jié)構(gòu)下密閉空間內(nèi)自然對流換熱特性分析的基礎(chǔ)上，分析了不同熱邊界作用時(shí)復(fù)雜封閉空間內(nèi)自然對流-導(dǎo)熱-輻射耦合換熱問題，主要研究內(nèi)容包括：
　　(1)對比分析了自然對流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式與精確CFD仿真對溫度場計(jì)算的影響

3、。在相同的定解條件下，基于商用CFD軟件FLUENT和熱網(wǎng)絡(luò)法軟件SINDA/FLUINT對多體、分散熱源作用下的封閉區(qū)域開展了溫度場數(shù)值仿真，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)果偏差明顯。
　　(2)對多體系統(tǒng)中存在導(dǎo)熱、輻射、對流的耦合換熱問題，通過對SINDA/FLUINT和FLUENT軟件的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合應(yīng)用熱網(wǎng)絡(luò)法和CFD求解技術(shù)對多體系統(tǒng)耦合換熱問題的瞬態(tài)分析，并考慮大型航空器艙內(nèi)容積大、計(jì)算量大的特點(diǎn)，進(jìn)一步分析了二維簡化情況與三維尺

4、度下自然對流換熱系數(shù)對溫度場仿真的影響。
　　(3)針對某大型航空器復(fù)雜封閉區(qū)域，基于3DXML格式的演示數(shù)模結(jié)合設(shè)備質(zhì)量、材質(zhì)等信息，利用 CAD/CAM軟件 CATIA實(shí)現(xiàn)了幾何模型再現(xiàn)，并采用FLUENT&SINDA/FLUINT兩軟件協(xié)同運(yùn)行對該大型復(fù)雜空間內(nèi)的多體、非穩(wěn)態(tài)、分散熱源作用下的耦合傳熱過程進(jìn)行熱分析計(jì)算，對比分析了對流換熱系數(shù)修正前后、不同熱邊界等情況對系統(tǒng)溫度場的影響。
　　通過研究，為大型復(fù)雜封閉空