航天設備及其部件在太空的高真空、冷黑環(huán)境中需經(jīng)受極其惡劣的考驗,為保證其工作的可靠性和穩(wěn)定性,通常需要在地面進行空間環(huán)境模擬試驗。在某些特殊場合甚至需要極限低溫、大降溫速率等更加苛刻的試驗要求。此時充注介質(zhì)增強換熱效率的高低溫箱設備成為主要解決方案。本文對液氮/冷氦氣雙冷源氦氣氛高低溫箱的試驗和模擬特性進行了研究,主要完成了以下工作并得出相應結(jié)果:（1）試驗考察了艙體內(nèi)充有絕壓90kPa氦氣條件下液氮單獨作為冷源以及液氮/冷氦氣雙冷源共同作用低溫降溫性能。液氮溫區(qū)低溫工況以液氮為單獨冷源,熱沉可在常溫^-170℃內(nèi)滿足平均降溫速率大于-3℃/min的設計指標,空間可在常溫^-120℃滿足平均降溫速率大于-3℃/min的設計指標。平衡后,熱沉溫度穩(wěn)定在-185±4℃,空間溫度穩(wěn)定在-171±3℃。（2）低于液氮溫區(qū)的降溫采用液氮+斯特林制冷機同步雙作用降溫模式,相較于只采用液氮為單一冷源的降溫模式實現(xiàn)了更大的降溫速率。熱沉可在常溫^-180℃內(nèi)滿足平均降溫速率大于-3℃/min的設計指標,空間可在常溫^-13... 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外熱真空試驗設備的研制現(xiàn)狀
        1.2.1 整星級及部件級熱真空設備概要
        1.2.2 熱真空設備真空容器的有效空間尺寸
        1.2.3 熱真空設備的真空實現(xiàn)
        1.2.4 空間熱環(huán)境模擬設備的熱沉
        1.2.5 空間外熱流的模擬
        1.2.6 熱沉的極限溫度及升降溫速率
    1.3 常壓/粗真空熱試驗設備
        1.3.1 固定結(jié)構高低溫試驗設備
        1.3.2 柔性容積高低溫場模擬設備
    1.4 本課題研究主要內(nèi)容
第二章 高低溫試驗箱設備及運行流程
    2.1 系統(tǒng)的主要功能和設計指標
    2.2 高低溫箱的設備組成
        2.2.1 高低溫箱體結(jié)構設計
        2.2.2 雙冷源熱沉結(jié)構的設計
        2.2.3 系統(tǒng)冷源供給系統(tǒng)
        2.2.4 系統(tǒng)真空及復壓系統(tǒng)的設計
        2.2.5 測量和控制系統(tǒng)的設計
    2.3 系統(tǒng)運行流程介紹
    2.4 本章小結(jié)
第三章 氦氣氛高低溫箱的實驗測量及性能分析
    3.1 高溫工況試驗
    3.2 液氮溫區(qū)低溫試驗
        3.2.1 低溫工況降溫分析
        3.2.2 強迫對流存在對降溫的影響
        3.2.3 低溫復溫試驗
    3.3 低于液氮溫區(qū)低溫試驗研究
        3.3.1 低溫冷源斯特林制冷機性能測試與分析
        3.3.2 液氮+斯特林氦制冷模式
        3.3.3 艙內(nèi)氦氣壓對降溫極限的影響
    3.4 艙內(nèi)試件降溫與空間降溫的對比分析
    3.5 艙內(nèi)漏熱情況及斯特林機的制冷能力分析
        3.5.1 艙體內(nèi)某時刻凈輻射換熱分析
        3.5.2 內(nèi)筒體及熱沉抽空時刻吸熱率分析
        3.5.3 熱沉與內(nèi)筒以及端蓋的自然對流換熱量
        3.5.4 艙體漏熱量及斯特林機制冷能力分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 高低溫箱降溫工況仿真模擬及影響因素分析
    4.1 高低溫箱模型和邊界條件的建立
        4.1.1 物理模型建立
        4.1.2 數(shù)學模型以及控制方程
        4.1.3 網(wǎng)格劃分及邊界條件設置
        4.1.4 艙內(nèi)測溫點布置
    4.2 液氮溫區(qū)低溫試驗的模擬驗證
        4.2.1 模擬結(jié)果和相同工況下試驗結(jié)果的對比分析
        4.2.2 液氮溫區(qū)降溫的模擬計算分析
    4.3 艙體內(nèi)介質(zhì)壓強對低溫區(qū)傳熱性能的影響
        4.3.1 介質(zhì)壓力對艙內(nèi)空間降溫的影響
        4.3.2 充注壓力對艙內(nèi)空間溫場均勻性的影響
        4.3.3 充注壓力對艙內(nèi)試件降溫的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 研究工作總結(jié)
    5.2 研究工作展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及其它成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]VM1000型熱真空試驗設備的研制[J]. 葉海峰,秦博,石國麗,姜春,章學華.  低溫與超導. 2013(10)
[2]VM-1500熱真空試驗箱的研制[J]. 姜春,章學華,葉海峰,何智.  低溫與超導. 2013(06)
[3]氦氣氛高低溫環(huán)境模擬系統(tǒng)及初調(diào)實驗[J]. 王珊珊,黃永華,張良俊,吳靜怡,李素玲,許煜雄,徐烈.  低溫工程. 2012(05)
[4]國外調(diào)溫熱沉研究現(xiàn)狀及技術發(fā)展[J]. 張磊,劉敏,王紫娟,何超.  航天器環(huán)境工程. 2012(02)
[5]熱真空環(huán)模試驗中溫度參數(shù)的探討[J]. 閆格,楊建斌,劉強,王逸軒.  真空與低溫. 2011(01)
[6]低氣壓環(huán)境下的大空間溫度均勻度模擬方法研究[J]. 劉猛,李驪,王浚,龐麗萍.  低溫工程. 2010(06)
[7]新型G系列高低溫交變濕熱試驗箱[J]. 熊剛,周祖德,楊東,周奕.  環(huán)境技術. 2010(04)
[8]KM5A空間環(huán)模試驗設備研制[J]. 彭光東,齊曉軍,陳麗.  航天器環(huán)境工程. 2010(04)
[9]空間環(huán)境模擬器20K液氦熱沉系統(tǒng)設計[J]. 景加榮,齊曉軍,彭光東.  航天器環(huán)境工程. 2009(S1)
[10]大型空間環(huán)境模擬設備熱沉設計與研究[J]. 周杭生,張惠生,毛亨國.  低溫與超導. 2009(05)



本文編號：2971298