真空环境模拟设备热沉的速度场与温度场的数值模拟研究

发布时间：2020-04-10 08:51

【摘要】：空间环境模拟器的主要作用是在地面模拟提供空间实验所需要的宇宙空间的真空冷黑等恶劣的环境。较高的热沉研制技术决定了环模器提供的空间环境的准确性,进而影响飞船或卫星在地面的测试研究。热沉作为环模器的主要部件,是环模器提供低温环境的主要承担,在热实验中其温度均匀是首要保证的前提条件。本文的主要研究目的是研究热沉的速度场和温度场的分布,进一步的了解探讨热沉速度分布与温度分布之间的联系,通过改变热沉的影响因素分析热沉速度场与温度场的相应变化,总结出影响因素的影响规律得出最优的设计参数,从而提出改善热沉温度分布均匀的可行性建议。此外,在热沉温度分布均匀与速度分布良好的前提下,得出热沉的降温速率,以及评价出热沉的动态反应性能,为日后的热沉设计、提高热沉的性能提供理论依据。本文基于CFD计算理论对热沉进行了数值模拟研究。首先,从液氮和气氮两种载冷介质对管板式热沉速度场进行了数值分析。分别分析了不同载冷剂的入口速度和不同的支管管径对热沉压力和速度的影响。然后,对热沉的单支管路的温度场进行了数值模拟。分别分析了管路内载冷剂不同的流速、不同的翅片宽度、不同的支管管径对单支管路热沉的温度分布的影响和非稳态情况下热沉的降温速率。最后,综合上述两部分的模拟研究,给出本文数值模拟所得到的结论。本文通过模拟研究得出,对于热沉骨架的速度场分布来说,改变入口速度对热沉的速度分布均匀性影响较小,热沉骨架内的速度会有整体的上升。改变热沉支管管径的大小,对热沉支管内的的速度分布影响较为明显,支管管径越小速度得分布不均匀性会越来越小。对于热沉的温度场的分布,增大热沉支管管路内载冷剂的流动速度可以增大载冷剂与管路内壁的换热系数,提高热沉的热均匀性。减小热沉翅片的宽度,使得热沉对热辐射的吸收面积减小,每一根支管的热负荷减小,热沉的热均匀性越好。增大热沉翅片的厚度对热沉热均匀性的影响较小,但是翅片厚度过薄,翅片传热效果会非常差,热沉的结构强度也会较差,影响热沉的正常工作,而热沉翅片过厚,传热性能虽小幅增强,但热沉结构较为沉重、成本增加。增大热沉支管管径可以提高热沉的热均匀性,但是同样也会增大载冷剂的使用量,使得热沉运行的成本增大。本文还对热沉单支管路进行了温度场的非稳态数值模拟,得出的热沉单支管路的降温速率和降温趋势,热沉的降温速率符合热沉的设计规定。
【图文】：

兰州交通大学工程硕士学位论文前技术较为成熟，应用最为广泛的热沉，而不锈钢板式沉结构。不锈钢管板式热沉是将表面涂有黑漆的紫铜翅整个管板结构的制造效果要符合光学密闭条件，结构如结构形式已经在国外广泛使用，这种热沉结构就是不锈沉是两块大小相同的不锈钢板压焊在一起，中间挤压出 1.2 所示。板式热沉一方面弥补了不锈钢材质低导热能了不锈钢出色的低温特性，使得热沉可以迅速的将热量布的更加均匀[16-18]。在一定的程度上补偿了管板式热沉达到了最优性。但是板式热沉也具有建造工艺较为复杂

不锈钢板式热沉
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V52

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本文编号：2622019