《太空飛行器複雜熱管理系統最佳化的[火積]分析理論研究》是依託清華大學，由梁新剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：太空飛行器複雜熱管理系統最佳化的[火積]分析理論研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：梁新剛
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目針對國家多艙段載人空間站以及未來太空飛行器熱管理技術發展的需求，結合近年發展起來的傳熱過程最佳化的新概念-[火積]（簡稱積，英文為entransy），開展積最佳化理論與方法的研究，將其拓展到導熱/對流與輻射耦合傳熱和含有相變過程的傳熱問題，為複雜太空飛行器熱管理的方案設計提供指導原則。主要內容有：1、研究耦合傳熱時輻射積流的定義問題，建立相應的最佳化原則，對耦合熱控制迴路進行最佳化分析；2、推導建立含有相變過程的積平衡方程，建立最佳化準則；3、採用溫度-熱量圖方法分析系統各部分在換熱過程中的積耗散，建立積耗散/積耗散熱阻與系統傳熱效果之間的關係，研究最佳化準則；建立具有功耗/重量約束條件的最佳化控制模型，對熱管理系統進行最佳化；4、結合熱管理的傳熱過程，開展熵產/可用能分析，對比總結熵產最小和積耗散/熱阻最佳化的適用條件；5、通過機械泵驅動的兩相熱控迴路的實驗研究，驗證熵產和積耗散/熱阻最佳化的理論與方法。
結題摘要
太空飛行器熱控迴路是一個複雜的問題，迴路中部件的傳熱特性（特別是冷板）也要改善以降低部件重量。另一方面，近年[火積]理論在傳熱最佳化中有了快速發展。本項目將[火積]理論用於太空飛行器等熱網路和循環的研究，並促進[火積]理論的發展。項目完成了如下研究內容和成果。 1、建立了兩相泵驅動熱控網路熱分析模型，研究了運行參數，確定了熱控邊界極限。 2、用[火積]耗散極值原理研究了單股流和兩股流換熱器網路，針對傳熱面積、散熱量以及流體流量分配等最佳化問題，證明了系統熱組件平均溫度最低與[火積]理論一致；對涉及熱量分配的問題，串、並聯網路的最優分配方案均符合溫差場均勻性原則。 3、針對具有相變過程的複雜兩相流體迴路熱管理系統，推導建立了相變過程和變物性條件下的[火積]平衡方程，討論了相變和變物性情況下[火積]的定義和傳熱與最小熱阻的關係。 4、 建立了熱力循環[火積]分析體系，明確了輸出功對系統[火積]的影響，建立了[火積]損失與系統輸出功之間的關係，繪製了熱功轉換過程的T-q圖，總結對比了熵產最小最佳化和[火積]耗散、[火積]損失最佳化的適用條件。研究了熱泵系統，確定了系統最優與系統[火積]變化之間的關係。 5、針對兩相熱控流體迴路的冷板，研究了重力方向對微通道冷板兩相換熱的影響，提出了採用泡沫銅作為通道壁面的兩相微通道結構，實驗表明該結構能夠有效提高燒乾的乾度和換熱性能。 6、對輻射與導熱對流耦合傳熱的[火積]流定義進行了研究，明確了最佳化目標與[火積]流定義的關係。 發表論文24篇（SCI收錄22篇，他引136次，單篇最高他引21次），培養兩名博士生，超額完成任務。泡沫小通道冷板的研究在17年的中國空間熱物理學會上作大會特邀報告，並受邀將在18年ASME的ICNMM會議上做特邀報告。
