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低温风洞绝热结构设计与性能分析

宋远佳 廖达雄 陈万华 赖欢 侯予

宋远佳,廖达雄,陈万华,等. 低温风洞绝热结构设计与性能分析[J]. 实验流体力学,2021,35(5):1-7 doi: 10.11729/syltlx20200137
引用本文: 宋远佳,廖达雄,陈万华,等. 低温风洞绝热结构设计与性能分析[J]. 实验流体力学,2021,35(5):1-7 doi: 10.11729/syltlx20200137
SONG Y J,LIAO D X,CHEN W H,et al. Design and property analysis on insulation structure of cryogenic wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021,35(5):1-7. doi: 10.11729/syltlx20200137
Citation: SONG Y J,LIAO D X,CHEN W H,et al. Design and property analysis on insulation structure of cryogenic wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021,35(5):1-7. doi: 10.11729/syltlx20200137

低温风洞绝热结构设计与性能分析

doi: 10.11729/syltlx20200137
基金项目: 国家自然科学基金(51806234)
详细信息
    作者简介:

    宋远佳:(1983-),男,四川犍为人,副研究员。研究方向:风洞结构设计。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号12信箱2分箱(621000)。E-mail:songyuanjia@163.com

    通讯作者:

    E-mail:barener@126.com

  • 中图分类号: V211

Design and property analysis on insulation structure of cryogenic wind tunnel

  • 摘要: 绝热结构设计是建造大型低温风洞的关键环节之一。结合数值计算与试验,开展了绝热结构设计和性能分析研究。基于风洞运行条件,对绝热结构进行了设计和选材;建立了绝热结构有限元模型,基于风洞运行的最恶劣工况对绝热结构性能进行了数值计算分析,分析其绝热特性和应力分布规律。设计构建了可模拟低温风洞服役环境的试验舱平台,开展了低温交变压力冲击下的应力/应变和温度测量试验。研究结果表明:设计的绝热结构满足低温风洞运行要求,设计的试验舱平台适用于绝热结构性能考核,也为研究其他材料在低温环境下的热力学性能提供了一套可靠的试验平台。
  • 图  1  绝热结构组成

    Figure  1.  Element of insulation structure

    图  2  数值计算模型

    Figure  2.  Numerical calculation model

    图  3  位移边界条件

    Figure  3.  Displacement boundary condition

    图  4  绝热结构模型温度场云图

    Figure  4.  Temperature field nephogram of insulation structure

    图  5  绝热结构模型热通量云图

    Figure  5.  Heat flux nephogram of insulation structure

    图  6  绝热结构模型位移场云图

    Figure  6.  Displacement field nephogram of insulation structure

    图  7  绝热单元温度场云图

    Figure  7.  Temperature field nephogram of insulation unit

    图  8  绝热单元热通量云图

    Figure  8.  Heat flux nephogram of insulation unit

    图  9  绝热单元位移场云图

    Figure  9.  Displacement field nephogram of insulation unit

    图  10  绝热单元应力场整体云图

    Figure  10.  Overall stress field nephogram of insulation unit

    图  11  绝热单元应力场剖视云图

    Figure  11.  Sectional stress field nephogram of insulation unit

    图  12  试验平台示意图

    Figure  12.  Sketch map of test platform

    图  13  试验舱与绝热结构

    Figure  13.  Test chamber and insulation structure

    图  14  热电偶测点位置

    Figure  14.  Thermocouple measuring points

    图  15  应变片测点位置

    Figure  15.  Strain gage measuring points

    图  16  应力/应变测量结果

    Figure  16.  Measurement results of stress/strain

    图  17  温度测量结果

    Figure  17.  Measurement results of temperature

    表  1  材料物性参数[19]

    Table  1.   Physical parameters of materials[19]

    材料热导率/(W·m–1·K–1密度/(kg·m–3弹性模量/MPa泊松比线膨胀系数/(10–6 K–1比热容/(J·kg–1·K–1
    不锈钢168000190×1030.2918500
    闭孔硬质泡沫0.018 (110 K)/
    0.024 (313 K)
    10064.36 (110 K)/
    32.04 (313 K)
    0.3047.3 (110 K)/
    62.5 (313 K)
    1200
    开孔软质泡沫0.0580.20.35701060
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-02
  • 修回日期:  2021-01-13
  • 网络出版日期:  2021-09-29

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日