蜂窝结构瞬态传热性能仿真研究

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1、2015年第1期导弹与航天运载技术No.12015总第337期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.337文章编号：1004-7182(2015)01-0088-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20150120蜂窝结构瞬态传热性能仿真研究11112李亚男，刘鑫，刘佳琪，王明亮，贺志宏（1.试验物理与计算数学国家级重点实验室，北京，100076；2.哈尔滨工业大学，哈尔滨，150001）摘要：基于蒙特卡罗法（MCM）建立蜂窝结构瞬态传热仿真模型，进行了蜂窝结构隔热性能的数值模拟，重点研究

2、蜂窝腔内不同表面发射率对其传热性能的影响。研究结果表明，在空间低温环境条件下，通过减小蜂窝腔内表面平均发射率可以使蜂窝结构材料具有更好的隔热性能，其中，蜂窝腔内顶面、底面发射率对蜂窝隔热性能的影响大于侧面发射率的影响。关键词：蜂窝；发射率；仿真中图分类号：V416.4文献标识码：ASimulationofTransientHeatTransferinHoneycombComposites11112LiYa-nan,LiuXin,LiuJia-qi,WangMing-liang,HeZhi-hong(1.NationalKeyLabora

3、toryofScienceandTechnologyonTestPhysics&NumericalMathematics,Beijing,1000762.HarbinInstituteofTechnology,Harbin,150001)Abstract:HeattransferandtemperaturedistributioninhoneycombcompositesduringtransientconditionwereinvestigatedbymeansofnumericalsimulationsbasedonMonteCar

4、loMethod.Infrared(IR)radiationinhoneycombcorecellswasparticularlystudiedandanalyzedinthispaperinordertofindouttheeffectofemissivity(orsize)onheattransfer.Theresultsshowthatthermalconductivityofhoneycombwillbeeffectivelyenhancedwhenemissivity(orthickness)inhoneycombcorece

5、llsincreases.Andtheeffectoftop-surfaceemissivityandunder-surfaceemissivityinhoneycombcorecellsismoreevidentthanthatofside-faceemissivity.KeyWords:Honeycomb;Emissivity;Simulation0引言1蜂窝结构传热模型蜂窝结构多应用于金属热防护系统中，可实现高超声1.1传热过程[1,2]速飞行器的高温热防护，并能够承受气动力的影响。在空间环境下航天器被动热控制应用中，蜂窝结与金属

6、蜂窝结构材料相比，非金属蜂窝具有更低的等效构由内、外蒙皮和蜂窝芯组成，蜂窝芯由若干个独立热导率，在结构强度条件允许的情况下，可应用在航天的蜂窝腔组成，每个蜂窝腔的结构和尺寸相同。内蒙器的被动热控制中，利用其较好的隔热性能，使航天器皮与被保护的仪器设备直接接触，外蒙皮直接暴露于对外部空间热流环境反映不敏感，保证内部的正常工作外部空间环境。具体传热过程如图1所示。温度环境。蜂窝结构整体的瞬态传热及热响应特性是影[3]响蜂窝设计的重要因素。在航天器热控制应用中，由于受到使用空间的约束，蜂窝结构的厚度经常受到严格的限制，当蜂窝结构的厚度与其边长

7、（如六角形蜂窝）尺度相当时，辐射性能成为影响其传热性能的重要因素。本文基于蒙特卡罗法（MCM）建立蜂窝结构瞬态传热数值分析模型，研究了空间应用环境下正六角形蜂窝的瞬态传热性能，给出了蜂窝腔内不同空间位置的表面发射率对蜂窝整体隔热性能的影响分析结果。图1空间环境下蜂窝结构耦合传热机制收稿日期：2014-03-31；修回日期：2014-05-05作者简介：李亚男（1978-），女，工程师，主要研究方向为光学隐身与光电对抗技术第1期李亚男等蜂窝结构瞬态传热性能仿真研究89由于没有气体，蜂窝结构的传热为辐射与导热的具体计算原理：将“发射表面”的

8、辐射能看作大耦合传热过程，其传热机制包括：仪器设备、内蒙皮、量独立能束光线的组成，每束光线的发射点位置、发蜂窝腔侧壁和外蒙皮之间的导热；蜂窝腔侧壁面、外射方向由该“发射表面”的发射概率模型确定，统计蒙皮下表