流道型不銹鋼脹板熱沉的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流道型不銹鋼脹板熱沉，其通過將兩塊不銹鋼換熱板四周密封焊接后彎成需要的形狀，兩塊不銹鋼換熱板中間形成若干夾層結(jié)構(gòu)；直焊縫按照一定間距均勻并列布置在兩塊不銹鋼換熱板中間，以形成流道型流道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的流道型不銹鋼熱沉經(jīng)受的最大內(nèi)壓為1.6MPa，并能顯著增加熱沉對(duì)流換熱面積，通過強(qiáng)化對(duì)流換熱的方式來增強(qiáng)熱沉換熱性能，可使熱沉壁面溫度均勻性優(yōu)于±2K。
【專利說明】流道型不銹鋼脹板熱沉

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間環(huán)境模擬【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于模擬空間黑背景和深冷環(huán)境的關(guān)鍵設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]航天器在發(fā)射之前需要進(jìn)行充分的空間環(huán)境試驗(yàn)來驗(yàn)證航天器的可靠性?？臻g環(huán)境模擬設(shè)備主要模擬空間的真空、冷黑等環(huán)境，用于航天器的熱真空和熱平衡試驗(yàn)。熱沉是空間環(huán)模設(shè)備中模擬空間冷黑環(huán)境的核心部件，熱沉表面需噴涂特制的黑漆保證其太陽吸收率和半球發(fā)射率，通過向熱沉中通入液氮等冷介質(zhì)來模擬空間深冷環(huán)境。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)空間環(huán)境模擬設(shè)備中多采用管板式熱沉，該種結(jié)構(gòu)的熱沉由鋁、銅或不銹鋼管焊接銅翅片制成的數(shù)片管板結(jié)構(gòu)拼接而成，通過在光管上加翅片的方式強(qiáng)化傳熱。由于翅片是光管外的二次表面，在增加傳熱面積達(dá)到強(qiáng)化傳熱的同時(shí)增大了傳熱熱阻，使得該種結(jié)構(gòu)的熱沉承受熱負(fù)荷能力差，熱沉溫度均勻性不易控制，溫度均勻性一般為±5K，并且加工周期較長(zhǎng)。此外，對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)的空間環(huán)境模擬設(shè)備，管板式熱沉不易加工布置。
[0004]針對(duì)上述問題，需要開發(fā)一種溫度均勻性好，加工工藝簡(jiǎn)單的熱沉。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提出了一種結(jié)構(gòu)易于加工布置，單位面積承受熱負(fù)荷能力強(qiáng)，溫度均勻性優(yōu)于±2Κ的熱沉。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0007]流道型不銹鋼脹板熱沉，其通過將兩塊不銹鋼換熱板四周密封焊接后彎成需要的形狀，兩塊不銹鋼換熱板中間形成若干高度為5mm-15mm的夾層結(jié)構(gòu)；寬度為3_5mm的直焊縫按照50mm-90mm的間距均勻并列布置在兩塊不銹鋼換熱板中間，以形成流道型流道。
[0008]其中，流道兩側(cè)分別貫通設(shè)置有進(jìn)液管和出液管，直焊縫分別從進(jìn)液管延伸到出液管，使得冷卻液體在流道內(nèi)同向流動(dòng)。
[0009]其中，最下方的流道和最上方的流道分別設(shè)置有進(jìn)液管和出液管，直焊縫交錯(cuò)地從流道一側(cè)延伸到靠近流道另一側(cè)末端的位置，即第一直焊縫從流道的側(cè)面一延伸到靠近流道的側(cè)面二末端的位置，則與其相鄰的第二直焊縫交錯(cuò)地從流道的側(cè)面二延伸到靠近流道的側(cè)面一末端的位置，而與第二直焊縫相鄰的第三直焊縫采用與第一直焊縫相同的方式延伸，使得冷卻液體在流道內(nèi)交錯(cuò)往復(fù)流動(dòng)。
[0010]其中，上述兩種流道型不銹鋼脹板熱沉均采用激光自動(dòng)焊機(jī)加工焊縫，經(jīng)水壓充脹而成。
[0011]其中，根據(jù)流道的脹起高度，水壓約為2MPa，分次增加壓力，最后將不銹鋼夾層脹起到相應(yīng)高度。
[0012]其中，脹起到相應(yīng)高度后，在熱沉中沖入高溫氮?dú)膺M(jìn)行干燥處理，吹除殘留在流道內(nèi)部的水汽。
[0013]其中，不銹鋼換熱板厚度為lmm-2.5mm,流道寬度50mm?80mm,兩塊不銹鋼換熱板間脹起高度5mm-15mm。
[0014]本發(fā)明的流道型不銹鋼脹板熱沉使得傳熱介質(zhì)與熱沉表面直接接觸，所有換熱表面均為直接參與換熱的一次表面，不存在翅片效率高低的問題，因此承受熱負(fù)荷的能力較強(qiáng)，溫度均勻性好。并且本發(fā)明的流道型不銹鋼脹板熱沉結(jié)構(gòu)易于加工布置，能夠縮短加工周期和增強(qiáng)設(shè)備通用性。具體來說，本發(fā)明的流道型不銹鋼熱沉具有以下改進(jìn)效果:
[0015](I)熱沉經(jīng)受的最大內(nèi)壓為1.6MPa ；
[0016](2)顯著增加熱沉對(duì)流換熱面積，通過強(qiáng)化對(duì)流換熱的方式來增強(qiáng)熱沉換熱性能，可使熱沉壁面溫度均勻性優(yōu)于±2K。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的流道型不銹鋼脹板熱沉的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]其中:1_進(jìn)液總管；2_出液總管；3_脹板流道；4_不銹鋼板。
[0019]圖2是本發(fā)明另一實(shí)施方式的流道型不銹鋼脹板熱沉的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]其中:1_進(jìn)液總管；2_出液總管；3_脹板流道；4_不銹鋼板。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的【具體實(shí)施方式】，下面通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列【具體實(shí)施方式】只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。
[0022]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的流道型不銹鋼脹板熱沉結(jié)構(gòu)示意圖。該流道型不銹鋼脹板熱沉是冷卻液體從左到右同向流動(dòng)的熱沉，進(jìn)液管和出液管分別設(shè)置在左右兩側(cè)，該熱沉包括進(jìn)液總管1、出液總管2 ;脹板流道3和不銹鋼板4，該熱沉通過以下方式制成，首先選取2mm厚度的兩塊不銹鋼換熱板，四周進(jìn)行密封焊接，兩塊不銹鋼換熱板中間高度為5mm-15mm ;寬度為3_5mm的直焊縫按照50mm-90mm的間距均勻布置在兩塊不銹鋼換熱板中間，形成流道通道。進(jìn)出液總管的管徑及布置形式需要根據(jù)熱沉尺寸大小進(jìn)行確定。(詳細(xì)說明第一種實(shí)施方式下該熱沉的制造過程，包括制造過程中的相應(yīng)參數(shù))脹板加工過程如下:第一步，脹板的所有焊縫及開孔邊緣必須使用激光自動(dòng)焊機(jī)完成。首先加工人員將事先設(shè)計(jì)好的脹板圖紙輸入到自動(dòng)焊機(jī)程序中，通知焊機(jī)將要完成的焊接圖形。然后將脹板放置在自動(dòng)焊機(jī)上，啟動(dòng)自動(dòng)焊接，進(jìn)行激光自動(dòng)焊。第二步，進(jìn)行脹板的進(jìn)液總管和出液總管的焊接工作，由焊工手動(dòng)焊接完成，根據(jù)圖紙準(zhǔn)備好相應(yīng)尺寸的管材(均為不銹鋼管)，完成氬弧焊。第三步，進(jìn)行脹板充脹工作。為了保證脹板在充脹過程中不變形，維持其平面平整度，需要用事先加工好的工裝將脹板四條邊固定。第四步，準(zhǔn)備水泵、高壓軟管、壓力表、安全閥和手閥，并與脹板的進(jìn)出液總管連接起來形成回路。首先，打開手閥，將脹板充壓到0.3MPa，保壓10分鐘，再?zèng)_壓到0.6MPa，保壓10分鐘，再依次分別升至0.9MPa, 1.2MPa，
1.5MPa, 1.8MPa, 2.0MPa，在每個(gè)階段均保壓10分鐘，同時(shí)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量脹板的鼓脹高度，達(dá)到設(shè)計(jì)鼓脹高度后，待鼓脹成型即可停止充脹工作。充脹完成后，向脹板熱沉充入高溫氮?dú)膺M(jìn)行干燥處理，吹除殘留在流道內(nèi)部的水汽。
[0023]在本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱沉結(jié)構(gòu)中，冷卻流體經(jīng)進(jìn)液總管流入熱沉，流體體在脹板各流道中平行流動(dòng)，冷卻流體在板材夾層中完成換熱后由匯流到出液總管，進(jìn)而流出熱沉。對(duì)于并聯(lián)結(jié)構(gòu)，流體經(jīng)進(jìn)液總管分配，同時(shí)進(jìn)入所有并聯(lián)的脹板流道中，進(jìn)行對(duì)流換熱，最后再匯集到出液總管，流出熱沉；為使熱沉達(dá)到最優(yōu)的換熱性能，需要對(duì)熱沉結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。分別建立不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的流道型不銹鋼熱沉三維幾何模型，使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計(jì)算湍流模型采用RNG模型的k_ ε方程，壓力-速度耦合采用Simple算法，各參數(shù)的離散均采用二階精度的迎風(fēng)格式。最終得到不同結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，流道型不銹鋼熱沉換熱性能參數(shù)及溫度均勻性分布。最終確定的熱沉結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:不銹鋼換熱板厚度為lmm-2.5mm,流道寬度50mm?80mm,兩塊不銹鋼換熱板間最大脹起高度5mm-15mmο
[0024]圖2是本發(fā)明另一實(shí)施方式的流道型不銹鋼脹板熱沉結(jié)構(gòu)示意圖。該流道型不銹鋼脹板熱沉加工過程如下:第一步，脹板的所有焊縫及開孔邊緣必須使用激光自動(dòng)焊機(jī)完成。首先加工人員將事先設(shè)計(jì)好的脹板圖紙輸入到自動(dòng)焊機(jī)程序中，通知焊機(jī)將要完成的焊接圖形。然后將脹板放置在自動(dòng)焊機(jī)上，啟動(dòng)焊機(jī)，進(jìn)行激光自動(dòng)焊。第二步，進(jìn)行脹板的進(jìn)液總管和出液總管的焊接工作，由焊工手動(dòng)焊接完成，根據(jù)圖紙準(zhǔn)備好相應(yīng)尺寸的進(jìn)管材(均為不銹鋼管)，完成氬弧焊。第三步，進(jìn)行脹板充脹工作。為了保證脹板在充脹過程中不變形，維持其平面平整度，需要用事先加工好的工裝將脹板四條邊固定。第四步，準(zhǔn)備水泵、高壓軟管、壓力表、安全閥和手閥，并與脹板的進(jìn)出液總管連接起來形成回路。首先，打開手閥，將脹板充壓到0.3MPa，保壓10分鐘，再?zèng)_壓到0.6MPa，保壓10分鐘，再依次分別升至0.9MPa, 1.2MPa，1.5MPa, 1.8MPa, 2.0MPa,在每個(gè)階段均保壓10分鐘。保壓過程中使用游標(biāo)卡尺測(cè)量脹板的鼓脹高度，達(dá)到設(shè)計(jì)鼓脹高度后，待鼓脹成型即可停止充脹工作。充脹完成后，向脹板熱沉充入高溫氮?dú)膺M(jìn)行干燥處理，吹除殘留在流道內(nèi)部的水汽。
[0025]對(duì)于這種實(shí)施方式的流道型不銹鋼脹板熱沉，流體經(jīng)進(jìn)液總管進(jìn)入第I條流道，然后按照順序依次流入第2條、第3條流道…最后一條流道，液體在流道中交錯(cuò)串聯(lián)流動(dòng)，最后進(jìn)入出液總管，最后流出熱沉。
[0026]盡管上文對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是，我們可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
【權(quán)利要求】
1.流道型不銹鋼脹板熱沉，其通過將兩塊不銹鋼換熱板四周密封焊接后彎成需要的形狀，兩塊不銹鋼換熱板中間形成若干高度為5mm-15mm的夾層結(jié)構(gòu)；寬度為3_5mm的直焊縫按照50mm-90mm的間距均勻并列布置在兩塊不銹鋼換熱板中間，以形成流道型流道。
2.如權(quán)利要求1所述的流道型不銹鋼脹板熱沉，其中，流道兩側(cè)分別貫通設(shè)置有進(jìn)液管和出液管，直焊縫分別從進(jìn)液管延伸到出液管，使得冷卻液體在流道內(nèi)同向流動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的流道型不銹鋼脹板熱沉，其中，最下方的流道和最上方的流道分別設(shè)置有進(jìn)液管和出液管，直焊縫交錯(cuò)地從流道一側(cè)延伸到靠近流道另一側(cè)末端的位置，即第一直焊縫從流道的側(cè)面一延伸到靠近流道的側(cè)面二末端的位置，則與其相鄰的第二直焊縫交錯(cuò)地從流道的側(cè)面二延伸到靠近流道的側(cè)面一末端的位置，而與第二直焊縫相鄰的第三直焊縫采用與第一直焊縫相同的方式延伸，使得冷卻液體在流道內(nèi)交錯(cuò)往復(fù)流動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的流道型不銹鋼脹板熱沉，其中，上述兩種流道型不銹鋼脹板熱沉均采用激光自動(dòng)焊機(jī)加工焊縫，經(jīng)水壓充脹而成。
5.如權(quán)利要求4所述的流道型不銹鋼脹板熱沉，其中，根據(jù)流道的脹起高度，水壓約為2MPa，分次增加壓力，最后將不銹鋼夾層脹起到相應(yīng)高度。
6.如權(quán)利要求5所述的流道型不銹鋼脹板熱沉，其中，脹起到相應(yīng)高度后，在熱沉中沖入高溫氮?dú)膺M(jìn)行干燥處理，吹除殘留在流道內(nèi)部的水汽。
7.如權(quán)利要求2或3所述的流道型不銹鋼脹板熱沉，其中，不銹鋼換熱板厚度為lmm-2.5mm,流道寬度50mm?80mm,兩塊不銹鋼換熱板間脹起高度5mm-15mm。
【文檔編號(hào)】B64G7/00GK104176281SQ201410401831
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】單巍巍, 張磊, 劉敏, 劉然, 王紫娟, 于兆吉, 丁文靜, 何超, 童華 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所