液氮/冷氦气双冷源高低温箱试验和模拟研究
发布时间：2021-01-11 18:53
航天设备及其部件在太空的高真空、冷黑环境中需经受极其恶劣的考验,为保证其工作的可靠性和稳定性,通常需要在地面进行空间环境模拟试验。在某些特殊场合甚至需要极限低温、大降温速率等更加苛刻的试验要求。此时充注介质增强换热效率的高低温箱设备成为主要解决方案。本文对液氮/冷氦气双冷源氦气氛高低温箱的试验和模拟特性进行了研究,主要完成了以下工作并得出相应结果:（1）试验考察了舱体内充有绝压90kPa氦气条件下液氮单独作为冷源以及液氮/冷氦气双冷源共同作用低温降温性能。液氮温区低温工况以液氮为单独冷源,热沉可在常温-170℃内满足平均降温速率大于-3℃/min的设计指标,空间可在常温-120℃满足平均降温速率大于-3℃/min的设计指标。平衡后,热沉温度稳定在-185±4℃,空间温度稳定在-171±3℃。（2）低于液氮温区的降温采用液氮+斯特林制冷机同步双作用降温模式,相较于只采用液氮为单一冷源的降温模式实现了更大的降温速率。热沉可在常温-180℃内满足平均降温速率大于-3℃/min的设计指标,空间可在常温-13...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外热真空试验设备的研制现状
1.2.1 整星级及部件级热真空设备概要
1.2.2 热真空设备真空容器的有效空间尺寸
1.2.3 热真空设备的真空实现
1.2.4 空间热环境模拟设备的热沉
1.2.5 空间外热流的模拟
1.2.6 热沉的极限温度及升降温速率
1.3 常压/粗真空热试验设备
1.3.1 固定结构高低温试验设备
1.3.2 柔性容积高低温场模拟设备
1.4 本课题研究主要内容
第二章 高低温试验箱设备及运行流程
2.1 系统的主要功能和设计指标
2.2 高低温箱的设备组成
2.2.1 高低温箱体结构设计
2.2.2 双冷源热沉结构的设计
2.2.3 系统冷源供给系统
2.2.4 系统真空及复压系统的设计
2.2.5 测量和控制系统的设计
2.3 系统运行流程介绍
2.4 本章小结
第三章 氦气氛高低温箱的实验测量及性能分析
3.1 高温工况试验
3.2 液氮温区低温试验
3.2.1 低温工况降温分析
3.2.2 强迫对流存在对降温的影响
3.2.3 低温复温试验
3.3 低于液氮温区低温试验研究
3.3.1 低温冷源斯特林制冷机性能测试与分析
3.3.2 液氮+斯特林氦制冷模式
3.3.3 舱内氦气压对降温极限的影响
3.4 舱内试件降温与空间降温的对比分析
3.5 舱内漏热情况及斯特林机的制冷能力分析
3.5.1 舱体内某时刻净辐射换热分析
3.5.2 内筒体及热沉抽空时刻吸热率分析
3.5.3 热沉与内筒以及端盖的自然对流换热量
3.5.4 舱体漏热量及斯特林机制冷能力分析
3.6 本章小结
第四章 高低温箱降温工况仿真模拟及影响因素分析
4.1 高低温箱模型和边界条件的建立
4.1.1 物理模型建立
4.1.2 数学模型以及控制方程
4.1.3 网格划分及边界条件设置
4.1.4 舱内测温点布置
4.2 液氮温区低温试验的模拟验证
4.2.1 模拟结果和相同工况下试验结果的对比分析
4.2.2 液氮温区降温的模拟计算分析
4.3 舱体内介质压强对低温区传热性能的影响
4.3.1 介质压力对舱内空间降温的影响
4.3.2 充注压力对舱内空间温场均匀性的影响
4.3.3 充注压力对舱内试件降温的影响
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 研究工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]VM1000型热真空试验设备的研制[J]. 叶海峰,秦博,石国丽,姜春,章学华. 低温与超导. 2013(10)
[2]VM-1500热真空试验箱的研制[J]. 姜春,章学华,叶海峰,何智. 低温与超导. 2013(06)
[3]氦气氛高低温环境模拟系统及初调实验[J]. 王珊珊,黄永华,张良俊,吴静怡,李素玲,许煜雄,徐烈. 低温工程. 2012(05)
[4]国外调温热沉研究现状及技术发展[J]. 张磊,刘敏,王紫娟,何超. 航天器环境工程. 2012(02)
[5]热真空环模试验中温度参数的探讨[J]. 闫格,杨建斌,刘强,王逸轩. 真空与低温. 2011(01)
[6]低气压环境下的大空间温度均匀度模拟方法研究[J]. 刘猛,李骊,王浚,庞丽萍. 低温工程. 2010(06)
[7]新型G系列高低温交变湿热试验箱[J]. 熊刚,周祖德,杨东,周奕. 环境技术. 2010(04)
[8]KM5A空间环模试验设备研制[J]. 彭光东,齐晓军,陈丽. 航天器环境工程. 2010(04)
[9]空间环境模拟器20K液氦热沉系统设计[J]. 景加荣,齐晓军,彭光东. 航天器环境工程. 2009(S1)
[10]大型空间环境模拟设备热沉设计与研究[J]. 周杭生,张惠生,毛亨国. 低温与超导. 2009(05)
本文编号：2971298
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外热真空试验设备的研制现状
1.2.1 整星级及部件级热真空设备概要
1.2.2 热真空设备真空容器的有效空间尺寸
1.2.3 热真空设备的真空实现
1.2.4 空间热环境模拟设备的热沉
1.2.5 空间外热流的模拟
1.2.6 热沉的极限温度及升降温速率
1.3 常压/粗真空热试验设备
1.3.1 固定结构高低温试验设备
1.3.2 柔性容积高低温场模拟设备
1.4 本课题研究主要内容
第二章 高低温试验箱设备及运行流程
2.1 系统的主要功能和设计指标
2.2 高低温箱的设备组成
2.2.1 高低温箱体结构设计
2.2.2 双冷源热沉结构的设计
2.2.3 系统冷源供给系统
2.2.4 系统真空及复压系统的设计
2.2.5 测量和控制系统的设计
2.3 系统运行流程介绍
2.4 本章小结
第三章 氦气氛高低温箱的实验测量及性能分析
3.1 高温工况试验
3.2 液氮温区低温试验
3.2.1 低温工况降温分析
3.2.2 强迫对流存在对降温的影响
3.2.3 低温复温试验
3.3 低于液氮温区低温试验研究
3.3.1 低温冷源斯特林制冷机性能测试与分析
3.3.2 液氮+斯特林氦制冷模式
3.3.3 舱内氦气压对降温极限的影响
3.4 舱内试件降温与空间降温的对比分析
3.5 舱内漏热情况及斯特林机的制冷能力分析
3.5.1 舱体内某时刻净辐射换热分析
3.5.2 内筒体及热沉抽空时刻吸热率分析
3.5.3 热沉与内筒以及端盖的自然对流换热量
3.5.4 舱体漏热量及斯特林机制冷能力分析
3.6 本章小结
第四章 高低温箱降温工况仿真模拟及影响因素分析
4.1 高低温箱模型和边界条件的建立
4.1.1 物理模型建立
4.1.2 数学模型以及控制方程
4.1.3 网格划分及边界条件设置
4.1.4 舱内测温点布置
4.2 液氮温区低温试验的模拟验证
4.2.1 模拟结果和相同工况下试验结果的对比分析
4.2.2 液氮温区降温的模拟计算分析
4.3 舱体内介质压强对低温区传热性能的影响
4.3.1 介质压力对舱内空间降温的影响
4.3.2 充注压力对舱内空间温场均匀性的影响
4.3.3 充注压力对舱内试件降温的影响
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 研究工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]VM1000型热真空试验设备的研制[J]. 叶海峰,秦博,石国丽,姜春,章学华. 低温与超导. 2013(10)
[2]VM-1500热真空试验箱的研制[J]. 姜春,章学华,叶海峰,何智. 低温与超导. 2013(06)
[3]氦气氛高低温环境模拟系统及初调实验[J]. 王珊珊,黄永华,张良俊,吴静怡,李素玲,许煜雄,徐烈. 低温工程. 2012(05)
[4]国外调温热沉研究现状及技术发展[J]. 张磊,刘敏,王紫娟,何超. 航天器环境工程. 2012(02)
[5]热真空环模试验中温度参数的探讨[J]. 闫格,杨建斌,刘强,王逸轩. 真空与低温. 2011(01)
[6]低气压环境下的大空间温度均匀度模拟方法研究[J]. 刘猛,李骊,王浚,庞丽萍. 低温工程. 2010(06)
[7]新型G系列高低温交变湿热试验箱[J]. 熊刚,周祖德,杨东,周奕. 环境技术. 2010(04)
[8]KM5A空间环模试验设备研制[J]. 彭光东,齐晓军,陈丽. 航天器环境工程. 2010(04)
[9]空间环境模拟器20K液氦热沉系统设计[J]. 景加荣,齐晓军,彭光东. 航天器环境工程. 2009(S1)
[10]大型空间环境模拟设备热沉设计与研究[J]. 周杭生,张惠生,毛亨国. 低温与超导. 2009(05)
本文编号：2971298
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2971298.html
