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

1、機械泵驅(qū)動的兩相回路(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域里，它因具有良好的應用前景而重新被人們所重視。 在空間熱控系統(tǒng)的設計過程中，由于涉及到復雜的太空熱流環(huán)境，以及真空，微重力等因素，僅僅依靠地面試驗無法模擬真實太空環(huán)境；而且由于成本、實驗技術以及運行周期等因素的制約，地面實驗能

2、提供的信息量有限，對某些邊界條件極端的、有損害性的工況，實驗更是不切實際。因此，需要利用數(shù)值模擬的方法為設計提供參考依據(jù)。 本文利用AMS-2TTCS作為具體的對象，針對現(xiàn)今研究得比較少、但應用前景突出的機械泵驅(qū)動兩相系統(tǒng)，利用SINDA/FLUINT平臺分別建立了應用于空間模擬的空間動力學模型(dynamicmodelforspace，DMS)，和用于實驗修正的地面動力學模型(dlynamicmodelforgroundtes

3、t，DMG)。在地面實驗平臺的測試結(jié)果的基礎上，對模型的換熱器、冷凝器換熱和漏熱等重要參數(shù)進行了擬合和修正，并利用修正后的DMG模擬與實驗結(jié)果進行驗證對比，發(fā)現(xiàn)結(jié)果符合的較好。由于DMS和DMG的建模數(shù)學基礎、基本假設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的動力學特性，可用于分析和優(yōu)化設計這類系統(tǒng)。此外，還研究了比較重要但帶有不確定性的參數(shù)，進而評估模型的可靠性。 在此基礎之上，本文對

4、系統(tǒng)的控溫特性進行深入的分析，利用DMS的模擬結(jié)果驗證了系統(tǒng)在給定的外熱流環(huán)境下，收集分散在192個熱源、總計144W熱量時表現(xiàn)出良好的控溫特性，可以達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、儲液器和冷凝器等各個部件對目標溫度控制所起的作用以及響應特點，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，分析了進出口管長度、邊界差異等對其流量調(diào)節(jié)能力的影響。更

5、進一步地，針對系統(tǒng)冷凝器在極冷工況下會發(fā)生的結(jié)冰情況，利用模型對特有的冷凝器設計在流向選擇和入口管連接進行了優(yōu)化，使之在具有最佳散熱效果的同時，維持不結(jié)冰所需熱補償功率最少。 然后，使用DMG模擬了蒸發(fā)器不平衡加熱以及總熱量躍變，更進一步驗證了蒸發(fā)器的穩(wěn)定性，并且得出儲液器的控溫受到回路反饋的影響，分析了儲液器的控制與回路控制的關系，提出了有效熱容的概念。通過儲液器開環(huán)小熱量躍變實驗的結(jié)果，整理了有效熱容與蒸發(fā)器加熱量的關系，為