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)低溫流體流動制冷數(shù)值模型,并對系統(tǒng)在過冷狀態(tài)、飽和狀態(tài)、過熱狀態(tài)三種工況下的流動特性進行了系統(tǒng)的分析設(shè)計,對冷屏蔽系統(tǒng)經(jīng)歷復(fù)雜環(huán)境時的表面溫度、系統(tǒng)壓力及分布規(guī)律進行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:可以通過數(shù)值模擬獲得空間冷背景狀態(tài)下冷屏蔽系統(tǒng)在過冷、飽和及過熱三種狀態(tài)下的表面參數(shù)分布規(guī)律;可以通過改變系統(tǒng)的進口狀態(tài)參數(shù)來控制系統(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度;飽和狀態(tài)參數(shù)更能滿足系統(tǒng)材料低溫強度要求及空間低溫紅外輻射強度的控制要求。 

【文章來源】：真空與低溫. 2020,26(03)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

冷屏蔽系統(tǒng)的工作原理示意圖

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

圖2 過冷狀態(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)定時系統(tǒng)表面溫度變化較大，除進出口溫度維持在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)液體過冷時，由于液體的過冷度，傳質(zhì)方向從氣相到液相，蒸發(fā)的氣泡在過冷液體中很快被冷凝。當(dāng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，系統(tǒng)內(nèi)的氣體體積不斷增加，除靠近進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，液氮進入系統(tǒng)內(nèi)立刻蒸發(fā)為氮氣，密度也隨即減小，氮氣的體積分?jǐn)?shù)瞬間增大，由于氮氣充滿整個系統(tǒng)，以至于整個系統(tǒng)的壓力較為穩(wěn)定。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]空間目標(biāo)紅外輻射特性測量方法研究[D]. 郭漢洲.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所 2016



本文編號：3056143