航天熱控用機(jī)械驅(qū)動(dòng)CO-,2-兩相系統(tǒng)的數(shù)值模擬及控溫特性分析.pdf

1、機(jī)械泵驅(qū)動(dòng)的兩相回路(MechanicallyPumpedTwo-phaseLoopsystem，MPTL)是一種具有良好均溫性和可控性、適合于分布式熱源以及長程傳熱的控溫系統(tǒng)，在控溫要求不斷提高的航天領(lǐng)域里，它因具有良好的應(yīng)用前景而重新被人們所重視。 在空間熱控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，由于涉及到復(fù)雜的太空熱流環(huán)境，以及真空，微重力等因素，僅僅依靠地面試驗(yàn)無法模擬真實(shí)太空環(huán)境；而且由于成本、實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及運(yùn)行周期等因素的制約，地面實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

2、提供的信息量有限，對(duì)某些邊界條件極端的、有損害性的工況，實(shí)驗(yàn)更是不切實(shí)際。因此，需要利用數(shù)值模擬的方法為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。 本文利用AMS-2TTCS作為具體的對(duì)象，針對(duì)現(xiàn)今研究得比較少、但應(yīng)用前景突出的機(jī)械泵驅(qū)動(dòng)兩相系統(tǒng)，利用SINDA/FLUINT平臺(tái)分別建立了應(yīng)用于空間模擬的空間動(dòng)力學(xué)模型(dynamicmodelforspace，DMS)，和用于實(shí)驗(yàn)修正的地面動(dòng)力學(xué)模型(dlynamicmodelforgroundtes

3、t，DMG)。在地面實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測試結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)模型的換熱器、冷凝器換熱和漏熱等重要參數(shù)進(jìn)行了擬合和修正，并利用修正后的DMG模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證對(duì)比，發(fā)現(xiàn)結(jié)果符合的較好。由于DMS和DMG的建模數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、基本假設(shè)以及模型處理方法基本相同，因此證明利用DMS和DMG的模擬結(jié)果能正確地反映MPTL的動(dòng)力學(xué)特性，可用于分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)。此外，還研究了比較重要但帶有不確定性的參數(shù)，進(jìn)而評(píng)估模型的可靠性。 在此基礎(chǔ)之上，本文對(duì)

4、系統(tǒng)的控溫特性進(jìn)行深入的分析，利用DMS的模擬結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)在給定的外熱流環(huán)境下，收集分散在192個(gè)熱源、總計(jì)144W熱量時(shí)表現(xiàn)出良好的控溫特性，可以達(dá)到軌道溫度變化小于3℃，9m蒸發(fā)器沿程溫差小于1℃的控溫要求。通過數(shù)值模擬，揭示了MPTL蒸發(fā)器、換熱器、儲(chǔ)液器和冷凝器等各個(gè)部件對(duì)目標(biāo)溫度控制所起的作用以及響應(yīng)特點(diǎn)，并專門研究了并聯(lián)冷凝器的因流量自分配而提高散熱效果的自調(diào)節(jié)能力，分析了進(jìn)出口管長度、邊界差異等對(duì)其流量調(diào)節(jié)能力的影響。更

5、進(jìn)一步地，針對(duì)系統(tǒng)冷凝器在極冷工況下會(huì)發(fā)生的結(jié)冰情況，利用模型對(duì)特有的冷凝器設(shè)計(jì)在流向選擇和入口管連接進(jìn)行了優(yōu)化，使之在具有最佳散熱效果的同時(shí)，維持不結(jié)冰所需熱補(bǔ)償功率最少。 然后，使用DMG模擬了蒸發(fā)器不平衡加熱以及總熱量躍變，更進(jìn)一步驗(yàn)證了蒸發(fā)器的穩(wěn)定性，并且得出儲(chǔ)液器的控溫受到回路反饋的影響，分析了儲(chǔ)液器的控制與回路控制的關(guān)系，提出了有效熱容的概念。通過儲(chǔ)液器開環(huán)小熱量躍變實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，整理了有效熱容與蒸發(fā)器加熱量的關(guān)系，為