為了研究獲得空間微重力、冷背景環(huán)境下液氮"冷屏蔽系統(tǒng)"低溫相變制冷機(jī)制,建立了高超音速飛行器空間冷屏蔽系統(tǒng)低溫流體流動(dòng)制冷數(shù)值模型,并對(duì)系統(tǒng)在過(guò)冷狀態(tài)、飽和狀態(tài)、過(guò)熱狀態(tài)三種工況下的流動(dòng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì),對(duì)冷屏蔽系統(tǒng)經(jīng)歷復(fù)雜環(huán)境時(shí)的表面溫度、系統(tǒng)壓力及分布規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:可以通過(guò)數(shù)值模擬獲得空間冷背景狀態(tài)下冷屏蔽系統(tǒng)在過(guò)冷、飽和及過(guò)熱三種狀態(tài)下的表面參數(shù)分布規(guī)律;可以通過(guò)改變系統(tǒng)的進(jìn)口狀態(tài)參數(shù)來(lái)控制系統(tǒng)壓力以及冷屏外壁的表面溫度,以此降低表面紅外輻射強(qiáng)度;飽和狀態(tài)參數(shù)更能滿足系統(tǒng)材料低溫強(qiáng)度要求及空間低溫紅外輻射強(qiáng)度的控制要求。 

【文章來(lái)源】：真空與低溫. 2020,26(03)

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

冷屏蔽系統(tǒng)的工作原理示意圖

過(guò)冷狀態(tài)為：進(jìn)口壓力101.325 kPa，溫度75.355K，進(jìn)口流速0.2 m/s，出口壓力12.52 kPa，溫度63.151 K，熱流密度為2 kW/m2。對(duì)該狀態(tài)下冷屏蔽系統(tǒng)的流場(chǎng)（1 200 s）進(jìn)行數(shù)值模擬結(jié)果如圖2、3和表1所示。圖3 過(guò)冷狀態(tài)下各參數(shù)沿內(nèi)表面的變化圖

圖2 過(guò)冷狀態(tài)下三維流體參數(shù)沿冷屏內(nèi)表面分布圖當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，內(nèi)表面的壓力分布均勻，大部分壓力接近12.518 kPa，且各部分之間的壓差很小，如圖2(a）和圖3(a）所示。當(dāng)控制冷屏內(nèi)部壓力穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)表面溫度變化較大，除進(jìn)出口溫度維持在77.4 K，其余大部分溫度均大于110 K，如圖2(b）所示，不滿足冷屏蔽系統(tǒng)表面溫度要求。由圖3(b）可知，溫度突然下降，主要原因是當(dāng)液體過(guò)冷時(shí)，由于液體的過(guò)冷度，傳質(zhì)方向從氣相到液相，蒸發(fā)的氣泡在過(guò)冷液體中很快被冷凝。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，系統(tǒng)內(nèi)的氣體體積不斷增加，除靠近進(jìn)口附近密度有一定變化外，其他區(qū)域密度變化較小，如圖3(c）所示。由表1可知，內(nèi)表面溫度較高，最大值為408.9 K，液氮進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)立刻蒸發(fā)為氮?dú)�，密度也隨即減小，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)瞬間增大，由于氮?dú)獬錆M整個(gè)系統(tǒng)，以至于整個(gè)系統(tǒng)的壓力較為穩(wěn)定。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]NASA低溫推進(jìn)劑長(zhǎng)期在軌貯存與傳輸技術(shù)驗(yàn)證及啟示[J]. 張少華,曹嶺,劉海飛,賁勛,申麟.  導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù). 2017(03)
[2]空間低溫冷罩地面試驗(yàn)設(shè)備的研制[J]. 王麗紅,陳光奇,溫永剛,董亮.  真空. 2013(06)
[3]空間冷屏表面溫度分布實(shí)驗(yàn)研究[J]. 陳叔平,謝福壽,譚風(fēng)光,溫永剛,陳光奇.  紅外與激光工程. 2012(06)
[4]雙壓控制減壓節(jié)流閥的數(shù)值模擬及試驗(yàn)[J]. 張周衛(wèi),張國(guó)珍,周文和,陳光奇,潘雁頻.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2010(22)
[5]液氮過(guò)冷沸騰壁面換熱特性的數(shù)值研究[J]. 王斯民,厲彥忠,文鍵.  化學(xué)工程. 2009(05)
[6]低溫冷屏蔽系統(tǒng)流場(chǎng)數(shù)值模擬研究[J]. 張周衛(wèi),陳光奇,厲彥忠,汪雅紅.  石油化工設(shè)備. 2009(01)
[7]多孔介質(zhì)材料在低溫下的傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 溫永剛,陳光奇.  真空與低溫. 2007(02)

碩士論文
[1]空間目標(biāo)紅外輻射特性測(cè)量方法研究[D]. 郭漢洲.中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 2016



本文編號(hào)：3056143