平流层飞艇内部氦气的自然对流研究

摘要

研究内部气体的自然对流现象对于平流层浮空器的影响具有重要意义.以平流层飞艇巡航驻留段为研究对象,针对复杂的非均匀热边界条件下飞艇的双椭球形封闭囊体内氦气的自然对流进行了数值模拟.以Fluent商业软件为基础,首先分析了圆柱形囊体在不同热边界条件下的自然对流特征,并与试验结果对比,验证了数值计算的可靠性;其次采用用户自定义函数(UDF)的方法来导入外部非均匀的温度边界条件并进行数值模拟.通过对内部氦气温度、压力、速度的分布以及流场结构的分析,初步获得了腔内自然对流的运动特性及其影响规律.研究表明,在平流层环境下,飞艇巡航驻留段囊体内部的自然对流对于氦气本身的热交换具有一定的影响,而对结构的宏观影响很小.