一種兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)方法。使用本發(fā)明能夠?qū)上嗔黧w回路在不同工作溫度下的傳熱能力和阻斷性能進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估。本發(fā)明首先設(shè)計(jì)了一套真空熱性能試驗(yàn)裝置，然后根據(jù)該試驗(yàn)裝置，通過(guò)控制模擬熱源和散熱板的溫度控制兩相流體回路的工作溫度，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法，對(duì)兩相流體回路的熱傳導(dǎo)和阻斷性能進(jìn)行測(cè)試。其中，溫度傳感器的布置有利于觀察兩相流體回路中氨工質(zhì)的狀態(tài)，查看兩相流體回路中的各部件是否滿足溫度要求，同時(shí)還可以查看兩相流體回路是否達(dá)到平衡。
【專利說(shuō)明】一種兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器熱控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]兩相流體回路技術(shù)是近二十年來(lái)國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)發(fā)展的航天器熱控制技術(shù)，主要包括環(huán)路熱管技術(shù)、機(jī)械泵驅(qū)動(dòng)兩相流體回路技術(shù)、重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路技術(shù)等。重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路系統(tǒng)是解決嫦娥探月工程中巡視器和著陸器度過(guò)月夜的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)兩相流體回路系統(tǒng)，將同位素?zé)嵩吹臒崃繋氲捷d荷艙內(nèi)，保證載荷艙各設(shè)備的溫度不至于過(guò)低。重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路的系統(tǒng)組成如圖1所示，包括蒸發(fā)器I (包括絲網(wǎng)蒸發(fā)器7、液體分流器8和蒸氣匯流器9)、蒸氣管路2、冷凝管路3、儲(chǔ)液器4、液體管路6和控制閥5，其中，冷凝管路3位于儲(chǔ)液器4重力場(chǎng)上方，蒸發(fā)器I位于儲(chǔ)液器4重力場(chǎng)的下方、并與同位素?zé)嵩瘩詈习惭b，儲(chǔ)液器4內(nèi)液面和蒸發(fā)器I底部之間形成重力輔助高度差；儲(chǔ)液器4通過(guò)液體管路6連接至蒸發(fā)器I入口，在液體管路6上設(shè)有控制閥5，蒸發(fā)器I出口依次通過(guò)蒸氣管路2、冷凝管路3連接至儲(chǔ)液器4，形成封閉的管路系統(tǒng)。為確保重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路在_50°C?70°C溫度范圍內(nèi)具有良好的傳熱特性，選擇氨作為工作介質(zhì)。月夜期間，重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路控制閥5開(kāi)啟，啟動(dòng)重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路，將同位素核熱源的熱量引入探測(cè)器內(nèi)部。月晝期間，重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路控制閥5關(guān)閉，關(guān)閉重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路，阻斷同位素核熱源向探測(cè)器內(nèi)部傳遞熱源。
[0003]為了保證重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路技術(shù)能夠正常運(yùn)行，同時(shí)保證在月夜時(shí)重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路能夠傳遞滿足系統(tǒng)所需要的傳熱量、在月晝時(shí)重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路系統(tǒng)能夠正常阻斷，必須對(duì)重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路進(jìn)行真空試驗(yàn)，要求重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路在給定的穩(wěn)態(tài)工作溫度(即儲(chǔ)液器4溫度)下，重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路的穩(wěn)態(tài)傳熱量和穩(wěn)態(tài)傳熱溫差(蒸發(fā)器I與儲(chǔ)液器4之間的溫差)滿足技術(shù)指標(biāo)。
[0004]由于重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路技術(shù)是航天器熱控制的新型熱控方法，沒(méi)有固定的測(cè)試方式和測(cè)試方法。同時(shí)，考慮到月球惡劣的環(huán)境，重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路與同位素?zé)嵩绰?lián)合使用，此種情況下的傳熱能力、阻斷性能的測(cè)試方法未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，需要自行摸索，從而指導(dǎo)重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路的在軌應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)方法，能夠?qū)上嗔黧w回路在不同工作溫度下的傳熱能力和阻斷性能進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]步驟1，設(shè)計(jì)兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置:
[0008]所述試驗(yàn)裝置包括散熱板、控溫加熱器、多層隔熱組件、溫度傳感器、模擬熱源和回路支架；其中，散熱板通過(guò)隔熱墊隔熱安裝在回路支架的上部；兩相流體回路的冷凝管路埋在散熱板中，兩相流體回路的儲(chǔ)液器半埋在散熱板中；兩相流體回路中的蒸發(fā)器隔熱安裝在回路支架的下部；控溫加熱器安裝在兩相流體回路的蒸汽管路、儲(chǔ)液器、控制閥和液體管路上；溫度傳感器安裝在兩相流體回路的蒸發(fā)器、蒸汽管路、冷凝管路、儲(chǔ)液器、控制閥和液體管路、模擬熱源以及散熱板邊緣區(qū)域上；多層隔熱組件包裹在蒸汽管路、儲(chǔ)液器、控制閥和液體管路上；模擬熱源為RHU同位素電模擬熱源，固定安裝在蒸發(fā)器內(nèi)；安裝為散熱板提供工作溫度的散熱板加熱器，所述散熱板加熱器為安裝在散熱板外側(cè)空間的紅外加熱器或者粘貼在散熱板上的加熱片；
[0009]步驟2，將回路支架放入真空倉(cāng)中，抽真空，使得真空度小于2X10_3Pa，設(shè)置儲(chǔ)液器、控制閥、液體管路和蒸氣管路上的控溫加熱器為自控狀態(tài)，自控門限為_(kāi)55°C?-30°C ;設(shè)置散熱板加熱器的自控門限為_(kāi)55°C?-30°C ;
[0010]步驟3，向真空倉(cāng)的熱沉通液氮，降低真空倉(cāng)溫度至_150°C ;將儲(chǔ)液器的溫度降至第一測(cè)試溫度_50°C，且達(dá)到兩相流體回路工況平衡；所述工況平衡為儲(chǔ)液器溫度在半小時(shí)維持不變或單調(diào)變化小于1°C /h ;儲(chǔ)液器的溫度即為兩相流體回路的工作溫度；
[0011]步驟4，極限傳熱能力測(cè)試:
[0012]開(kāi)啟模擬熱源，按照設(shè)定的步長(zhǎng)增加模擬熱源的加熱功率，在每次增加模擬熱源的加熱功率的同時(shí)減小散熱板加熱器的加熱功率，使儲(chǔ)液器的溫度維持在_50°C，且達(dá)到兩相流體回路工況平衡，直至散熱板加熱器的加熱功率為零或者因蒸發(fā)器的溫度突升導(dǎo)致無(wú)法維持工況平衡；則散熱板加熱器的加熱功率為零時(shí)或者蒸發(fā)器的溫度突升前一平衡時(shí)刻的模擬熱源的加熱功率即為該工作溫度下兩相流體回路的極限傳熱能力；
[0013]步驟5，通過(guò)降低蒸發(fā)器的功率、同時(shí)增加散熱板的功率，改變儲(chǔ)液器的溫度至各測(cè)試溫度，依照步驟4的方法，獲得各測(cè)試溫度下兩相流體回路的極限傳熱能力，其中，按照遞升的方式改變儲(chǔ)液器溫度；
[0014]步驟6，兩相流體回路阻斷能力測(cè)試:
[0015]不同工作溫度下，當(dāng)兩相流體回路運(yùn)行在平衡工況時(shí)，保持模擬熱源和散熱板加熱器的加熱功率不變，對(duì)控制閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，檢查兩相流體回路的阻斷性能:如果關(guān)閉控制閥后，蒸發(fā)器的溫度不斷升高后突升、散熱板的溫度不斷降低，而重新開(kāi)啟控制閥后，蒸發(fā)器溫度降低、散熱板溫度提升，直至達(dá)到工況平衡，表明兩相流體回路阻斷性能正常；如果關(guān)閉控制閥后，蒸發(fā)器的溫度不變或平穩(wěn)升高，則表明兩相流體回路阻斷性能不正常。
[0016]其中，所述步驟3的降溫過(guò)程中，開(kāi)啟模擬熱源，使得兩相流體回路運(yùn)行，加快蒸發(fā)器的降溫速率。
[0017]所述蒸發(fā)器安裝在隔熱板上，模擬熱源放置在蒸發(fā)器的內(nèi)部，模擬熱源工裝的耳片通過(guò)螺釘和隔熱墊固定在隔熱板上，所述隔熱板通過(guò)4個(gè)隔熱柱固定安裝在回路支架上。
[0018]所述隔熱板、隔熱墊和隔熱柱材料為聚酰亞胺或玻璃鋼。
[0019]所述散熱板的基板為鋁板或蜂窩板，散熱板的表面粘貼有OSR片或噴涂高發(fā)射率的涂層。
[0020]所述溫度傳感器的安裝位置為:
[0021]蒸發(fā)器的4個(gè)翅片上沿高度方向分別布置至少2個(gè)溫度傳感器，其中一個(gè)位于蒸發(fā)器翅片的下端，一個(gè)位于蒸發(fā)器翅片的上端；
[0022]蒸氣管路的進(jìn)口、頂部和出口處分別布置I個(gè)溫度傳感器；
[0023]冷凝管路的進(jìn)口、出口分別布置I個(gè)溫度傳感器，在冷凝管路的翅片上布置至少I個(gè)溫度傳感器；
[0024]儲(chǔ)液器的外表面沿高度方向布置3個(gè)溫度傳感器，分別位于儲(chǔ)液器的氣空間、氣液界面和液體空間；
[0025]連接儲(chǔ)液器和控制閥的液體管路上布置至少I個(gè)溫度傳感器，在連接控制閥和蒸發(fā)器的液體管路上布置至少I個(gè)溫度傳感器；
[0026]控制閥上布置I個(gè)溫度傳感器；
[0027]模擬熱源上布置至少I個(gè)溫度傳感器；
[0028]散熱板的內(nèi)表面的邊緣區(qū)域布置至少I個(gè)溫度傳感器。
[0029]所述控溫加熱器為加熱片、加熱絲、加熱帶或加熱板。
[0030]有益效果:
[0031](I)采用本發(fā)明可對(duì)兩相流體在真空環(huán)境下的傳熱能力和阻斷性能進(jìn)行全面、有效的評(píng)估。
[0032](2)由于冷凝管路和蒸發(fā)器降溫速率不同，在降溫過(guò)程中加大模擬熱源的加熱功率可以使得蒸發(fā)器的溫度提升，兩相流體回路中的氨工質(zhì)將蒸發(fā)器的熱量傳遞至冷凝管路，能夠提高蒸發(fā)器的降溫速率。
[0033](3)散熱板的基板選為鋁板或蜂窩板，在其表面粘貼OSR片或噴涂高發(fā)射率的涂層，有利于提高散熱板的散熱率。
[0034](4)溫度傳感器的布置有利于觀察兩相流體回路中氨工質(zhì)的狀態(tài)，查看兩相流體回路中的各部件是否滿足溫度要求，同時(shí)還可以查看兩相流體回路是否達(dá)到平衡。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路系統(tǒng)組成示意圖。
[0036]圖2為兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置示意圖。
[0037]圖3為兩相流體回路蒸發(fā)器的安裝示意圖。
[0038]圖4為兩相流體回路上的溫度傳感器的布置示意圖。
[0039]圖5為散熱板(包括冷凝管路)上溫度傳感器的布置示意圖。
[0040]其中，1-蒸發(fā)器，2-蒸汽管路，3-冷凝管路，4-儲(chǔ)液器，5-控制閥，6_液體管路，7-絲網(wǎng)蒸發(fā)器，8-液體分流器，9-蒸汽匯流器，10-真空倉(cāng)，11-散熱板，12-隔熱板，13-隔熱墊，14-隔熱柱，15-模擬熱源，16-紅外加熱器，17-回路支架。

【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0042]本發(fā)明提供了一種兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)方法，該方法基于如圖2所示的試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，所述試驗(yàn)裝置包括散熱板11、控溫加熱器、多層隔熱組件、溫度傳感器、模擬熱源15和回路支架17。
[0043]其中，兩相流體回路和散熱板11隔熱安裝在回路支架17上，散熱板11用隔熱墊隔熱安裝在回路支架17的上部，用于模擬兩相流體回路在軌的散熱部分；兩相流體回路的冷凝管路3埋在散熱板11中，兩相流體回路的儲(chǔ)液器4半埋在散熱板11中，位于冷凝管路3的出口處；兩相流體回路中的蒸發(fā)器I隔熱安裝在回路支架17的下部，位于冷凝管路3的下方；控溫加熱器安裝在兩相流體回路的蒸汽管路2、儲(chǔ)液器4、控制閥5和液體管路6上，防止管路凍結(jié)；溫度傳感器安裝在兩相流體回路的蒸發(fā)器1、蒸汽管路2、冷凝管路3、儲(chǔ)液器4、控制閥5和液體管路6，以及散熱板11上，用于測(cè)量?jī)上嗔黧w回路各部件以及散熱板的溫度，檢測(cè)兩相流體回路的運(yùn)行情況；多層隔熱組件安裝在蒸汽管路2、儲(chǔ)液器4、控制閥5和液體管路6上，用來(lái)防止管路部分環(huán)境漏熱，模擬在軌工況；模擬熱源15采用RHU同位素電模擬熱源，固定安裝在蒸發(fā)器I內(nèi)，用來(lái)模擬同位素加熱器件，模擬熱源15同時(shí)也是蒸發(fā)器I的控溫加熱器；回路支架17放置在真空倉(cāng)10中，真空倉(cāng)10提供溫度不大于80K，真空度小于2X 10_3pa的真空環(huán)境。
[0044]其中，散熱板的基板可以采用鋁板或蜂窩板等導(dǎo)熱性能較好的材料制成，其外表面粘貼有OSR片，或噴涂高發(fā)射率的涂層，從而有利于散熱。
[0045]蒸發(fā)器1、模擬熱源15與回路支架17之間的隔熱方式如圖3所示，蒸發(fā)器I安裝在隔熱板12上，模擬熱源15放置在蒸發(fā)器I的內(nèi)部，模擬熱源15工裝的耳片通過(guò)螺釘和隔熱墊13固定在隔熱板12上，所述隔熱板12通過(guò)4個(gè)隔熱柱14固定安裝在回路支架17上。其中，隔熱板12、隔熱墊13和隔熱柱14材料為聚酰亞胺或玻璃鋼等導(dǎo)熱率低的材料。液體分流器8下表面與隔熱板12上表面間的距離大于10mm，隔熱板12與回路支架17間的有效隔熱距離大于100mm。
[0046]溫度傳感器為熱電偶溫度傳感器，其布置如圖4所示。在兩相流體回路上布置34個(gè)溫度傳感器:
[0047]①在蒸發(fā)器I的4個(gè)翅片上沿高度方向由下至上分別均勻布置3個(gè)溫度傳感器，共12個(gè)，編號(hào)Tl?T12，也可以只在蒸發(fā)器翅片的下端和上端布置傳感器，主要是用于測(cè)量蒸發(fā)器中液態(tài)工質(zhì)和氣態(tài)工作的溫度，從而反應(yīng)蒸發(fā)器I的工作狀態(tài)。
[0048]②在蒸氣管路2的進(jìn)口、頂部和出口處分別布置I個(gè)溫度傳感器，編號(hào)分別為T13、T14 和 T15。
[0049]③在冷凝管路3的進(jìn)口、出口及冷凝管路上布置9個(gè)溫度傳感器，編號(hào)T16?T24，如圖5所示；冷凝管路3 —般安裝有翅片，用于增大散熱面積，溫度傳感器一般安裝在翅片上。
[0050]④在儲(chǔ)液器4的外表面沿高度方向布置3個(gè)溫度傳感器，編號(hào)T25?T27，分別用于測(cè)量?jī)?chǔ)液器4中氣體、氣液界面和液體的溫度。
[0051 ] ⑤液體管路6分為兩段，一段連接儲(chǔ)液器3和控制閥5，另一段連接控制閥5和蒸發(fā)器I。其中，在連接儲(chǔ)液器3和控制閥5的液體管路的中點(diǎn)處布置I個(gè)溫度傳感器，編號(hào)T28 ;在連接控制閥5和蒸發(fā)器I的液體管路的進(jìn)口和出口處分別布置I個(gè)溫度傳感器，編號(hào)分別為T31和T32，也可以在連接控制閥5和蒸發(fā)器I的液體管路的中點(diǎn)處布置I個(gè)溫度傳感器。
[0052]⑥在控制閥5上布置溫度傳感器。若控制閥5由兩個(gè)并行的閥(a閥和b閥)組成，則在a閥和b閥上分別布置I個(gè)溫度傳感器，編號(hào)分別為T29和T30 ;
[0053]⑦在模擬熱源上布置2個(gè)溫度傳感器，編號(hào)為T33和T34 ；
[0054]⑧在散熱板11的內(nèi)表面的邊緣區(qū)域布置4個(gè)溫度傳感器，編號(hào)為T35和T38，4個(gè)溫度傳感器距散熱板邊緣100mm，如圖5所示。
[0055]溫度傳感器所在位置即為測(cè)點(diǎn)位置。
[0056]控溫加熱器可以是加熱片、加熱絲、加熱帶、加熱板或其他加熱方式，采用PID控制或通斷控溫的方式，主要是防止兩相流體回路各部件被凍結(jié)。其中，儲(chǔ)液器4上的控溫加熱器采用在儲(chǔ)液器4上串聯(lián)安裝2個(gè)加熱片實(shí)現(xiàn)；控制閥5上的控溫加熱器采用在控制閥5連接的液體管路上安裝加熱帶，如圖2所示的(測(cè)點(diǎn)28和測(cè)點(diǎn)29之間管路、測(cè)點(diǎn)29與測(cè)點(diǎn)31之間管路、測(cè)點(diǎn)28與測(cè)點(diǎn)30之間管路、側(cè)點(diǎn)30與測(cè)點(diǎn)31之間管路)分別安裝I個(gè)加熱帶，4個(gè)加熱帶串聯(lián)，每段管路長(zhǎng)約50mm ;液體管路6上的控溫加熱器采用在液體管路6上的測(cè)點(diǎn)31與測(cè)點(diǎn)32之間安裝I個(gè)加熱帶實(shí)現(xiàn)；蒸氣管路2上的控溫加熱器采用3個(gè)串聯(lián)安裝的加熱帶實(shí)現(xiàn)。
[0057]儲(chǔ)液器4、控制閥5、液體管路6和蒸氣管路2上的控溫加熱器主要起防止管路凍結(jié)的作用。
[0058]蒸發(fā)器I的溫度控制依靠安裝在其內(nèi)部的模擬熱源15實(shí)現(xiàn)。由于在傳熱過(guò)程中，同位素?zé)嵩吹臒崃勘粌上嗔黧w回路傳遞帶走，同位素?zé)嵩醋陨肀砻娴臏囟葧?huì)降低到與蒸發(fā)器的溫度一致。
[0059]冷凝管路2預(yù)埋在散熱板11中，與散熱板11的溫度基本一致，散熱板11的溫度控制依靠安裝在散熱板11外側(cè)的紅外加熱器16或者是粘貼在散熱板上的加熱片實(shí)現(xiàn)。
[0060]其中，控制散熱板11的溫度為_(kāi)60°C?50°C。由于兩相流體回路運(yùn)行過(guò)程中氨工質(zhì)的熱傳遞作用，蒸發(fā)器1、蒸汽管路2、冷凝管路3、儲(chǔ)液器4、控制閥5和液體管路6的溫度基本在-55°C?50°C范圍內(nèi)。其中，儲(chǔ)液器4的溫度即為兩相流體回路的工作溫度。
[0061]選擇測(cè)點(diǎn)Tl (蒸發(fā)器I下部，靠近液體管路6的出口)、T3(蒸發(fā)器I上部，靠近蒸氣管路2的進(jìn)口)、Τ14 (蒸氣管路2中部)、Τ17 (冷凝管路3進(jìn)口)、Τ23 (冷凝管路3出口)、Τ25 (儲(chǔ)液器4上部，即儲(chǔ)液器氣空間)、Τ27 (儲(chǔ)液器下部)、Τ29?Τ30 (控制閥a和控制閥b)、T31 (液體管路6進(jìn)口)、T35?T38 (散熱板11的4個(gè)角)為溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控模擬熱源15、散熱板11和兩相流體回路是否滿足溫度要求，同時(shí)，通過(guò)比較溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)與其他測(cè)點(diǎn)的溫度，判斷是否達(dá)到平衡。
[0062]利用上述試驗(yàn)裝置進(jìn)行重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)，測(cè)試重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路在不同的工作溫度下的極限傳熱性能和阻斷性能。其中，兩相流體回路的工作溫度為儲(chǔ)液器4的溫度，測(cè)試過(guò)程中，依靠改變蒸發(fā)器I和散熱板11的溫度改變儲(chǔ)液器4的溫度，儲(chǔ)液器4、控制閥5、液體管路6和蒸氣管路2上的控溫加熱器僅用于防止兩相流體回路中各部件被凍結(jié)，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0063]步驟1，將回路支架17放入真空倉(cāng)10中，抽真空(真空度小于2X10_3pa)，設(shè)置儲(chǔ)液器4、控制閥5、液體管路6和蒸氣管路2上的控溫加熱器為自控狀態(tài)，自控門限為-55°C?-30°C，即當(dāng)溫度小于自控門限時(shí)，控溫加熱器自動(dòng)開(kāi)啟，防止其被凍結(jié)。設(shè)置散熱板加熱器的自控門限為_(kāi)55°C?-30°C。
[0064]步驟2，向真空倉(cāng)的熱沉通液氮，降低真空倉(cāng)溫度至_150°C，由于兩相流體回路的蒸汽管路(2)、儲(chǔ)液器(4)、控制閥(5)和液體管路(6)被多層隔熱組件包裹，其降溫速率慢，散熱板的降溫速率最快，為提高兩相流體回路各部件的降溫速率，在降溫過(guò)程中，開(kāi)啟模擬熱源15，使得兩相流體回路運(yùn)行，通過(guò)散熱板中的冷凝管路帶動(dòng)蒸發(fā)器、儲(chǔ)液器降溫，加快蒸發(fā)器的降溫速率，直到將儲(chǔ)液器的溫度降至_50°C，當(dāng)儲(chǔ)液器溫度在半小時(shí)維持不變或單調(diào)變化小于1°C /h時(shí)，認(rèn)為工況平衡。儲(chǔ)液器的溫度即為兩相流體回路的工作溫度。
[0065]步驟3，極限傳熱能力測(cè)試:按照一定的步長(zhǎng)增加蒸發(fā)器的加熱功率(即模擬熱源的加熱功率)，在每次增加模擬熱源的加熱功率的同時(shí)同步減小散熱板加熱器的加熱功率，使儲(chǔ)液器的溫度維持在_50°C，每次加熱功率調(diào)整后均需等待兩相流體回路工況平衡，直至散熱板加熱器的加熱功率為零或者因蒸發(fā)器的溫度突升導(dǎo)致無(wú)法維持工況平衡。當(dāng)散熱板加熱功率為O時(shí)，散熱板達(dá)到此工作溫度下的最大散熱能力，蒸發(fā)器加熱功率的繼續(xù)提升會(huì)使得儲(chǔ)液器的溫度升高，不能繼續(xù)維持在-50°C。當(dāng)蒸發(fā)器的加熱功率大于兩相流體回路極限傳熱能力時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)的液體被燒干，導(dǎo)致蒸發(fā)器的溫度突升。因此，散熱板加熱器的加熱功率為零時(shí)或者蒸發(fā)器的溫度突升前一平衡時(shí)刻的蒸發(fā)器的加熱功率為該工作溫度下兩相流體回路的極限傳熱能力。
[0066]步驟4，通過(guò)降低蒸發(fā)器的功率、同時(shí)增加散熱板的功率，改變儲(chǔ)液器的溫度，依照步驟3的方法，獲得不同工作溫度下兩相流體回路的極限傳熱能力。其中，在測(cè)試不同工作溫度下兩相流體回路的極限傳熱能力時(shí)，工作溫度的調(diào)整方法為逐步升高，如首先測(cè)-50°C工作溫度時(shí)的極限傳熱能力，然后依次測(cè)量_40°C、-30°C, -20°C……工作溫度時(shí)的極限傳熱能力。
[0067]步驟5，兩相流體回路阻斷能力測(cè)試:
[0068]不同工作溫度下，當(dāng)兩相流體回路運(yùn)行在平衡工況時(shí)，保持蒸發(fā)器和散熱板加熱器的加熱功率不變，對(duì)重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路的閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，檢查兩相流體回路的阻斷性能:如果關(guān)閉控制閥后，蒸發(fā)器的溫度不斷升高并迅速突升，散熱板的溫度不斷降低，重新開(kāi)啟控制閥，蒸發(fā)器溫度降低、散熱板溫度提升，直至達(dá)到工況平衡，表明兩相流體回路阻斷性能正常；如果關(guān)閉控制閥后，蒸發(fā)器的溫度不變或緩慢升高，則表明兩相流體回路阻斷性能不正常。
[0069]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，設(shè)計(jì)兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置: 所述試驗(yàn)裝置包括散熱板(11)、控溫加熱器、多層隔熱組件、溫度傳感器、模擬熱源(15)和回路支架(17);其中，散熱板(11)通過(guò)隔熱墊隔熱安裝在回路支架(17)的上部；兩相流體回路的冷凝管路⑶埋在散熱板(11)中，兩相流體回路的儲(chǔ)液器⑷半埋在散熱板(11)中；兩相流體回路中的蒸發(fā)器(I)隔熱安裝在回路支架(17)的下部；控溫加熱器安裝在兩相流體回路的蒸汽管路(2)、儲(chǔ)液器(4)、控制閥(5)和液體管路(6)上；溫度傳感器安裝在兩相流體回路的蒸發(fā)器(I)、蒸汽管路(2)、冷凝管路(3)、儲(chǔ)液器(4)、控制閥(5)和液體管路￠)、模擬熱源(15)以及散熱板(11)邊緣區(qū)域上；多層隔熱組件包裹在蒸汽管路(2)、儲(chǔ)液器(4)、控制閥(5)和液體管路(6)上；模擬熱源(15)為RHU同位素電模擬熱源，固定安裝在蒸發(fā)器(I)內(nèi)；安裝為散熱板(11)提供工作溫度的散熱板加熱器，所述散熱板加熱器為安裝在散熱板外側(cè)空間的紅外加熱器(16)或者粘貼在散熱板上的加熱片； 步驟2，將回路支架(17)放入真空倉(cāng)(10)中，抽真空，使得真空度小于2X10_3Pa，設(shè)置儲(chǔ)液器(4)、控制閥(5)、液體管路(6)和蒸氣管路(2)上的控溫加熱器為自控狀態(tài)，自控門限為_(kāi)55°C?-30°C ;設(shè)置散熱板加熱器的自控門限為_(kāi)55°C?_30°C ； 步驟3，向真空倉(cāng)(10)的熱沉通液氮，降低真空倉(cāng)溫度至_150°C;將儲(chǔ)液器的溫度降至第一測(cè)試溫度_50°C，且達(dá)到兩相流體回路工況平衡；所述工況平衡為儲(chǔ)液器溫度在半小時(shí)維持不變或單調(diào)變化小于1°C /h ;儲(chǔ)液器的溫度即為兩相流體回路的工作溫度； 步驟4，極限傳熱能力測(cè)試: 開(kāi)啟模擬熱源，按照設(shè)定的步長(zhǎng)增加模擬熱源的加熱功率，在每次增加模擬熱源的加熱功率的同時(shí)減小散熱板加熱器的加熱功率，使儲(chǔ)液器的溫度維持在-50°C，且達(dá)到兩相流體回路工況平衡，直至散熱板加熱器的加熱功率為零或者因蒸發(fā)器的溫度突升導(dǎo)致無(wú)法維持工況平衡；則散熱板加熱器的加熱功率為零時(shí)或者蒸發(fā)器的溫度突升前一平衡時(shí)刻的模擬熱源的加熱功率即為該工作溫度下兩相流體回路的極限傳熱能力； 步驟5，通過(guò)降低蒸發(fā)器的功率、同時(shí)增加散熱板的功率，改變儲(chǔ)液器的溫度至各測(cè)試溫度，依照步驟4的方法，獲得各測(cè)試溫度下兩相流體回路的極限傳熱能力，其中，按照遞升的方式改變儲(chǔ)液器溫度； 步驟6，兩相流體回路阻斷能力測(cè)試: 不同工作溫度下，當(dāng)兩相流體回路運(yùn)行在平衡工況時(shí)，保持模擬熱源和散熱板加熱器的加熱功率不變，對(duì)控制閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，檢查兩相流體回路的阻斷性能:如果關(guān)閉控制閥后，蒸發(fā)器的溫度不斷升高后突升、散熱板的溫度不斷降低，而重新開(kāi)啟控制閥后，蒸發(fā)器溫度降低、散熱板溫度提升，直至達(dá)到工況平衡，表明兩相流體回路阻斷性能正常；如果關(guān)閉控制閥后，蒸發(fā)器的溫度不變或平穩(wěn)升高，則表明兩相流體回路阻斷性能不正常。
2.如權(quán)利要求1所述的兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述步驟3的降溫過(guò)程中，開(kāi)啟模擬熱源(15)，使得兩相流體回路運(yùn)行，加快蒸發(fā)器(I)的降溫速率。
3.如權(quán)利要求1所述的兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)器(I)安裝在隔熱板(12)上，模擬熱源(15)放置在蒸發(fā)器(I)的內(nèi)部，模擬熱源(15)工裝的耳片通過(guò)螺釘和隔熱墊(13)固定在隔熱板(12)上，所述隔熱板(12)通過(guò)4個(gè)隔熱柱(14)固定安裝在回路支架(17)上。
4.如權(quán)利要求3所述的兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述隔熱板(12)、隔熱墊(13)和隔熱柱(14)材料為聚酰亞胺或玻璃鋼。
5.如權(quán)利要求1所述的兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述散熱板(11)的基板為鋁板或蜂窩板，散熱板(11)的表面粘貼有OSR片或噴涂高發(fā)射率的涂層。
6.如權(quán)利要求1所述的兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述溫度傳感器的安裝位置為: 蒸發(fā)器(I)的4個(gè)翅片上沿高度方向分別布置至少2個(gè)溫度傳感器，其中一個(gè)位于蒸發(fā)器翅片的下端，一個(gè)位于蒸發(fā)器翅片的上端； 蒸氣管路(2)的進(jìn)口、頂部和出口處分別布置I個(gè)溫度傳感器； 冷凝管路(3)的進(jìn)口、出口分別布置I個(gè)溫度傳感器，在冷凝管路(3)的翅片上布置至少I個(gè)溫度傳感器； 儲(chǔ)液器(4)的外表面沿高度方向布置3個(gè)溫度傳感器，分別位于儲(chǔ)液器(4)的氣空間、氣液界面和液體空間； 連接儲(chǔ)液器(3)和控制閥(5)的液體管路上布置至少I個(gè)溫度傳感器，在連接控制閥(5)和蒸發(fā)器(I)的液體管路上布置至少I個(gè)溫度傳感器； 控制閥(5)上布置I個(gè)溫度傳感器； 模擬熱源(15)上布置至少I個(gè)溫度傳感器； 散熱板(11)的內(nèi)表面的邊緣區(qū)域布置至少I個(gè)溫度傳感器。
7.如權(quán)利要求1所述的兩相流體回路真空熱性能試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述控溫加熱器(12)為加熱片、加熱絲、加熱帶或加熱板。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK104483346SQ201410720854
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】連紅奎, 苗建印, 張紅星, 莫青, 王錄 申請(qǐng)人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部