本文關(guān)鍵詞：雙環(huán)熱保護(hù)瞬態(tài)輻射熱流計(jì)研究

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【摘要】：熱流模擬和測(cè)量是航天地面熱試驗(yàn)中的重要組成部分,與常規(guī)熱流計(jì)如Gardon計(jì)、SB熱流計(jì)和薄膜熱流計(jì)等使用條件不同,用于航天地面熱試驗(yàn)的熱流計(jì)要求在真空、低溫環(huán)境下使用。常用的航天熱試驗(yàn)輻射熱流計(jì)包括絕熱型熱流計(jì)和熱屏等溫型熱流計(jì)。絕熱型熱流計(jì)統(tǒng)稱黑片,屬于穩(wěn)念型熱流計(jì),響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),不適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量,且測(cè)量結(jié)果容易受到熱流計(jì)安裝面溫度影響,若要通過(guò)熱損修正的方法得到準(zhǔn)確的熱流計(jì)算結(jié)果,還需要對(duì)熱流計(jì)隔熱材料熱導(dǎo)率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。熱屏等溫型熱流計(jì)通過(guò)結(jié)合和溫度相關(guān)的敏感片自身熱容項(xiàng)進(jìn)行瞬態(tài)熱流密度測(cè)量,但是其在進(jìn)行低熱流測(cè)量時(shí)誤差較大,且標(biāo)定困難。絕熱型瞬態(tài)輻射熱流計(jì)同樣存在測(cè)量結(jié)果易受到熱流計(jì)安裝面溫度影響的缺陷且隔熱材料熱導(dǎo)率亦需單獨(dú)測(cè)量。和Gardon計(jì)等基于輸入熱流和輸出熱電勢(shì)間線性關(guān)系的測(cè)量原理不同,上述航天熱試驗(yàn)輻射熱流計(jì)通過(guò)敏感片溫度變化推導(dǎo)出熱流密度。因此共同存在敏感片溫度均勻性帶來(lái)的集總熱容法適用性問(wèn)題。本文針對(duì)現(xiàn)有的熱流計(jì)在航天熱試驗(yàn)熱流測(cè)量上存在的不足,開展新型瞬態(tài)輻射熱流計(jì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。提出雙環(huán)熱保護(hù)結(jié)構(gòu)的熱流計(jì)敏感片,表面噴涂無(wú)光譜選擇性吸熱涂層,其光譜吸收率經(jīng)分光光度計(jì)和傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)量在太陽(yáng)光譜范圍和紅外光譜范圍均達(dá)到0.95以上。熱流計(jì)中心敏感片和第一熱保護(hù)環(huán)的基材、厚度、涂層相同,且都處于懸空狀態(tài),其溫度變化能保持實(shí)時(shí)一致,從而可忽略中心敏感片的側(cè)面?zhèn)鳠�。通過(guò)有限元數(shù)值模擬和紅外熱像儀實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了敏感片了溫度分布的均勻性,表明該結(jié)構(gòu)適用于集總熱容法。和絕熱型瞬態(tài)輻射熱流計(jì)采用熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行熱損修正不同,雙環(huán)熱保護(hù)型瞬態(tài)輻射熱流采用輻射換熱的方式進(jìn)行熱損修正,具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好的優(yōu)勢(shì)且無(wú)需知道隔熱材料的熱導(dǎo)率。為了保證熱流計(jì)整體機(jī)械強(qiáng)度且固定敏感片和多層隔熱材料,采用聚四氟乙烯管作為熱流計(jì)基體。由于管壁熱導(dǎo)率低且導(dǎo)熱通道小,熱流計(jì)敏感片溫度不易受到熱流計(jì)安裝面溫度的影響�；谠摕崃饔�(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了其熱流測(cè)量原理。通過(guò)有限元模擬方法,對(duì)該熱流計(jì)在階躍熱流變化、非均勻熱流、以及軌道飛行器空間外熱流變化等多種工作條件下的性能進(jìn)行了理論驗(yàn)證。為了準(zhǔn)確標(biāo)定該瞬態(tài)輻射熱流計(jì),設(shè)計(jì)研制了一套低溫真空熱沉容器,內(nèi)置黑體爐輻射源和氙燈的作為標(biāo)定裝置。經(jīng)光線追跡方法得到黑體爐輻射源腔口有效發(fā)射率為0.999,熱流密度不均勻度為3.5%,輻射熱流密度計(jì)算值的不確定度小于0.4%。熱沉內(nèi)測(cè)溫?zé)犭娕紖⒖键c(diǎn)的穩(wěn)定性和可靠性也通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法得到了驗(yàn)證。使用穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法標(biāo)定了兩個(gè)熱流密度測(cè)量系數(shù),并對(duì)理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了不確定度分析。經(jīng)黑體爐和氙燈實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明雙環(huán)熱保護(hù)型瞬態(tài)輻射熱流計(jì)的測(cè)量偏差在5%以內(nèi),響應(yīng)時(shí)間小于10s且無(wú)光譜選擇性。為了進(jìn)一步提高雙環(huán)熱保護(hù)型瞬態(tài)輻射熱流計(jì)的性能,通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)熱流計(jì)敏感片的結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行了改進(jìn)研究。設(shè)計(jì)制作了專用模具用于加工敏感片。改進(jìn)后熱流計(jì)的性能經(jīng)標(biāo)定后,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明其在低于60Wm-2的低熱流范圍內(nèi)測(cè)量結(jié)果和實(shí)際熱流的絕對(duì)平均相對(duì)偏差為0.8Wm-2,要小于原始雙環(huán)熱保護(hù)瞬態(tài)輻射熱流計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：瞬態(tài)輻射熱流計(jì) 雙環(huán)熱保護(hù) 航天器熱試驗(yàn) 標(biāo)定
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V416
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-32
• 1.1 量熱型熱流密度測(cè)量方法12-14
• 1.2 非量熱型熱流密度測(cè)量方法14-24
• 1.3 對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)型熱流計(jì)24-26
• 1.4 基于瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)區(qū)分熱流計(jì)26-27
• 1.5 航天熱試驗(yàn)用熱流計(jì)27-32
• 第二章 雙環(huán)熱保護(hù)瞬態(tài)輻射熱流計(jì)32-64
• 2.1 熱流計(jì)敏感片吸收涂層32-34
• 2.2 雙環(huán)熱保護(hù)瞬態(tài)輻射熱流計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34-37
• 2.3 瞬態(tài)輻射熱流計(jì)的測(cè)量原理37-41
• 2.4 數(shù)值模擬驗(yàn)證41-58
• 2.5 雙環(huán)熱保護(hù)瞬態(tài)輻射熱流計(jì)加工及溫度均勻性驗(yàn)證58-61
• 2.6 熱流計(jì)軸向溫度分布驗(yàn)證61-63
• 2.7 本章小結(jié)63-64
• 第三章 熱流計(jì)標(biāo)定及氙燈驗(yàn)證64-88
• 3.1 介紹64-66
• 3.2 標(biāo)定容器設(shè)計(jì)66-68
• 3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析68-73
• 3.4 黑體爐特性分析73-79
• 3.5 標(biāo)定分析79-82
• 3.6 不確定度分析和標(biāo)定結(jié)果82-85
• 3.7 氙燈試驗(yàn)85-86
• 3.8 本章小結(jié)86-88
• 第四章 雙環(huán)熱保護(hù)瞬態(tài)輻射熱流計(jì)的改進(jìn)設(shè)計(jì)88-98
• 4.1 前言88-89
• 4.2 改進(jìn)設(shè)計(jì)可行性分析89-95
• 4.3 敏感片加工方法95-96
• 4.4 本章小結(jié)96-98
• 第五章 改進(jìn)型瞬態(tài)輻射熱流計(jì)實(shí)驗(yàn)分析98-110
• 5.1 前言98
• 5.2 廣口杜瓦的改進(jìn)設(shè)計(jì)98-99
• 5.3 真空低溫環(huán)境下的標(biāo)定分析99-108
• 5.4 本章小結(jié)108-110
• 第六章 結(jié)論與展望110-112
• 6.1 結(jié)論110-111
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)111
• 6.3 展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-118
• 致謝118-120
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果120

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 吳哲輝,李村生;介紹一種輻射熱流計(jì)[J];動(dòng)力工程;1981年02期

2 張存芳;;輻射熱流計(jì)測(cè)量非均勻溫場(chǎng)輻射能的誤差估算[J];宇航計(jì)測(cè)技術(shù);1983年04期

3 陳則韶;楊寶玉;胡們;陳建新;鐘奇;范含林;江海;莫文俊;;瞬態(tài)輻射熱流計(jì)[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2006年08期

4 顧麗芳,秦永烈;圓箔式輻射熱流計(jì)的精確數(shù)學(xué)模型及其靈敏度分析[J];計(jì)量學(xué)報(bào);1984年02期

5 ;新聞之窗[J];自動(dòng)化儀表;1987年03期

6 詹寶s，

本文編號(hào)：930248