低温气冷屏复合绝热结构传热研究

发布时间：2019-09-29 12:08

【摘要】：被动热防护技术可大大降低空间低温贮箱漏热,减少低温推进剂蒸发损失,实现低温介质的零蒸发存储。气冷屏复合绝热是一种新型的低温贮箱被动热防护技术,它是聚氨酯泡沫绝热(Spray-on Foam Insulation,SOFI)、变密度多层绝热(Variable-Density Multilayer Insulation,VD-MLI)及气冷屏绝热的合理组合,具有绝热效果好、质量轻的优点,可以有效满足飞行器地面停放、发射上升、在轨运行等阶段对低温贮箱漏热量的要求,是未来地面及空间低温贮箱更为理想的热防护形式。本文以低温贮箱气冷屏复合绝热结构为研究对象,开展了传热机理分析、传热模型建立及计算、温度场数值模拟等研究,主要研究内容及结论如下:(1)对地面阶段、空间阶段气冷屏复合绝热进行传热机理分析。地面阶段为常温常压环境,VD-MLI相邻辐射层之间存在气体导热,此时SOFI起主要绝热作用;空间阶段,由于环境高真空度,此时VD-MLI相邻辐射层之间气体导热可忽略,VD-MLI绝热性能优于SOFI,VD-MLI起主要绝热作用。在传热机理分析的基础上,建立了地面阶段、空间阶段气冷屏复合绝热结构的传热计算模型。(2)利用MATLAB软件,对地面阶段、空间阶段气冷屏复合绝热结构进行了传热计算。计算结果表明:地面阶段,气冷屏的最优屏位在SOFI与VD-MLI之间;空间阶段,气冷屏的屏位处于VD-MLI内部或外部时都使贮箱漏热量增大,其最优屏位应在VD-MLI的中间附近。但考虑到航天飞行器绝大部分时间是在轨运行,最终确定气冷屏复合绝热中气冷屏最优位置为夹在VD-MLI中间附近。(3)为确保盘管内低温气体与盘管内壁充分换热,对计算所得地面阶段与空间阶段的盘管长度,取盘管长度较大值为盘管最优长度,当盘管外径Φ=7mm,壁厚为1mm时,液氮、液氧、液态甲烷低温贮箱盘管最优长度分别为8.18m、8.88m、11.61m,盘管缠绕匝数n分别为2、2、3。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V445.1

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本文编号：2543923