重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，能夠有效模擬重力驅(qū)動兩相流體回路在壽命期間氨分解產(chǎn)生氮?dú)夂蜌錃獾倪^程，以保證其在月球探測過程的可靠性；同時能夠測試重力驅(qū)動兩相流體回路在月夜運(yùn)行期間，蒸發(fā)器與儲液器溫差的計(jì)算，判斷該兩相流體回路在壽命期間是否滿足探測器熱控的要求。具體包括蒸發(fā)器加熱控溫回路、儲液器加熱控溫回路、蒸氣管路加熱控溫回路、冷凝管路加熱控溫回路、冷凝管路冷卻保護(hù)模塊以及溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊。
【專利說明】重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明涉及一種壽命試驗(yàn)裝置，具體涉及一種重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，屬于航天器熱控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在月球(或行星)著陸探測活動中，由于月球表面晝夜溫差大、探測器月夜期間無電能，為解決探測器月夜生存的難題，采用同位素核熱源+重力驅(qū)動兩相流體回路的熱控設(shè)計(jì)方案，重力驅(qū)動兩相流體回路的系統(tǒng)組成如圖1所示，包括蒸發(fā)器31、蒸汽管路32、冷凝管路33、儲液器34以及液體管路36等；其中儲液器34通過液體管路36與蒸發(fā)器31相連，蒸發(fā)器31通過蒸汽管路32與冷凝管路33相連，冷凝管路33與儲液器34相連；在所述液體管路36上設(shè)置有控制閥35。
[0003]月晝期間，重力驅(qū)動兩相流體回路不運(yùn)行，蒸發(fā)器溫度高達(dá)250°C?260°C，其內(nèi)部氨分解產(chǎn)生不凝氣體氮?dú)夂蜌錃猓辉乱蛊陂g，重力驅(qū)動兩相流體回路運(yùn)行，隨著工質(zhì)的循環(huán)流動，不凝氣體逐漸聚集在儲液器的氣空間，形成分壓力，導(dǎo)致氨在蒸發(fā)器中相變溫度升高，重力驅(qū)動兩相流體回路向探測器傳遞熱量減小，不利于探測器的熱控設(shè)計(jì)。為模擬壽命期間氨分解產(chǎn)生氮?dú)夂蜌錃獾倪^程，需在地面開展壽命試驗(yàn)，驗(yàn)證兩相流體回路是否滿足在軌工作一年Q2個月晝和12個月夜)的壽命要求，以及在壽命期間兩相流體回路的傳熱性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，采用該裝置能夠有效模擬重力驅(qū)動兩相流體回路在壽命期間氨分解產(chǎn)生氮?dú)夂蜌錃獾倪^程，以保證其在月球探測過程的可靠性。
[0005]所述重力驅(qū)動兩相流體回路包括蒸發(fā)器、蒸氣管路、冷凝管路、儲液器以及液體管路，其中儲液器通過液體管路與蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器通過蒸氣管路與冷凝管路相連，冷凝管路與儲液器相連；在所述液體管路上設(shè)置有控制閥。
[0006]該壽命試驗(yàn)裝置包括蒸發(fā)器加熱控溫回路、儲液器加熱控溫回路、蒸氣管路加熱控溫回路、冷凝管路加熱控溫回路、冷凝管路冷卻保護(hù)模塊以及溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊；
[0007]所述蒸發(fā)器加熱控溫回路包括蒸發(fā)器電模擬熱源、基礎(chǔ)功率加熱回路和溫控回路；基礎(chǔ)功率加熱回路包括直流穩(wěn)壓電源A ;溫控回路包括直流穩(wěn)壓電源B、控溫儀器A和溫度反饋元件A ;所述蒸發(fā)器電模擬熱源套裝在蒸發(fā)器內(nèi)部，直流穩(wěn)壓電源A向蒸發(fā)器電模擬熱源施加穩(wěn)定的基礎(chǔ)電功率；直流穩(wěn)壓電源B向蒸發(fā)器電模擬熱源施加調(diào)峰電功率；所述溫度反饋元件A粘貼在蒸發(fā)器中的絲網(wǎng)蒸發(fā)器上，用于檢測蒸發(fā)器的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器A ;所述控溫儀器A用于設(shè)置蒸發(fā)器的目標(biāo)溫度，當(dāng)溫度反饋元件A反饋的溫度高于控溫儀器A設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開溫控回路。
[0008]所述儲液器加熱控溫回路包括直流穩(wěn)壓電源C、薄膜電加熱器B、控溫儀器B和溫度反饋元件B ;其中直流穩(wěn)壓電源C向粘貼在儲液器上的薄膜電加熱器B輸出電功率，對儲液器進(jìn)行加熱；所述溫度反饋元件B粘貼在儲液器上，用于檢測儲液器的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器B ;所述控溫儀器B用于設(shè)置儲液器的目標(biāo)溫度，當(dāng)溫度反饋元件B反饋的溫度高于控溫儀器B設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開儲液器加熱控溫回路。
[0009]所述冷凝管路加熱控溫回路和蒸氣管路加熱控溫回路的組成與儲液器加熱控溫回路的組成相同；其中冷凝管路加熱控溫回路中的薄膜電加熱器粘貼在冷凝管路的一側(cè)，用于對冷凝管路進(jìn)行加熱。
[0010]在所述蒸發(fā)器加熱控溫回路中的基礎(chǔ)功率加熱回路、儲液器加熱控溫回路和冷凝管路加熱控溫回路中均串聯(lián)有熔斷開關(guān)，所述熔斷開關(guān)粘貼在儲液器上，上述所有熔斷開關(guān)的熔斷限值相同，當(dāng)儲液器溫度超過熔斷開關(guān)的熔斷限值后，相應(yīng)的回路斷開；
[0011]所述冷凝管路冷卻保護(hù)模塊包括制冷機(jī)組、冷板、控溫儀器E、溫度反饋元件E和冷卻工質(zhì)管路；所述制冷機(jī)組對冷卻工質(zhì)進(jìn)行制冷，制冷后的冷卻工質(zhì)通過冷卻工質(zhì)管路流向冷板；所述冷板粘貼在冷凝管路上未粘貼薄膜電加熱器的一側(cè)；溫度反饋元件E粘貼在儲液器上，用于檢測儲液器的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器E ;所述控溫儀器E用于設(shè)置儲液器的目標(biāo)溫度。
[0012]所述溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊包括溫度傳感器、溫度采集設(shè)備以及計(jì)算機(jī)；在所述蒸發(fā)器中的絲網(wǎng)蒸發(fā)器上以及儲液器上各設(shè)置兩個以上測溫點(diǎn)，每個測溫點(diǎn)處布置一個溫度傳感器；所述溫度采集設(shè)備采集上述所有溫度傳感器的測試數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和存儲。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，設(shè)所述基礎(chǔ)功率加熱回路輸出的基礎(chǔ)功率為Q1，溫控回路輸出的調(diào)峰電功率為Q2，蒸發(fā)器維持其溫度處于目標(biāo)溫度所需的熱量Q，則有(Q-Ql)為 5W 至 I Off, (Q1+Q2-Q)小于等于 5W。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述蒸發(fā)器加熱控溫回路中蒸發(fā)器電模擬熱源與蒸發(fā)器通過耐高溫導(dǎo)熱填料安裝在一起。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，該試驗(yàn)裝置中的所有控溫儀器均能夠按照上限、下限以及區(qū)間進(jìn)行溫度的控制設(shè)置。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，該試驗(yàn)裝置中的所有溫度反饋元件以及溫度傳感器采用熱電偶或鉑電阻。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊中沿每根絲網(wǎng)蒸發(fā)器的高度方向均勻布置兩個以上測溫點(diǎn)，沿儲液器的高度方向均勻布置兩個以上測溫點(diǎn)。
[0018]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，在絲網(wǎng)蒸發(fā)器的測溫點(diǎn)上布置鎳鉻-鎳硅K型熱電偶，該熱電偶的絕緣線采用耐高溫的聚酰亞胺薄膜；在儲液器的測溫點(diǎn)上布置銅-康銅T型熱電偶。
[0019]有益效果:
[0020]采用該試驗(yàn)裝置能夠有效模擬重力驅(qū)動兩相流體回路在壽命期間氨分解產(chǎn)生氮?dú)夂蜌錃獾倪^程，檢測重力驅(qū)動兩相流體回路在壽命期間是否有效，從而保證其在月球探測過程的可靠性。同時采用該試驗(yàn)裝置能夠測試重力驅(qū)動兩相流體回路在月夜運(yùn)行期間，蒸發(fā)器與儲液器溫差，判斷該兩相流體回路在壽命期間是否滿足探測器熱控的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為重力驅(qū)動兩相流體回路的系統(tǒng)組成示意圖；
[0022]圖2為重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置示意圖；
[0023]圖3為絲網(wǎng)蒸發(fā)器溫度測點(diǎn)布局示意圖；
[0024]圖4為儲液器溫度測點(diǎn)布局示意圖。
[0025]其中:1-蒸發(fā)器電模擬熱源、2-直流穩(wěn)壓電源B、3_控溫儀器A、4_溫度反饋元件A、5-直流穩(wěn)壓電源A、6-熔斷開關(guān)A、7-直流穩(wěn)壓電源C、8-薄膜電加熱器B、9-控溫儀器B、10-溫度反饋元件B、11-熔斷開關(guān)B、12-直流穩(wěn)壓電源D、13-薄膜電加熱器C、14-控溫儀器C、15-溫度反饋元件C、16-熔斷開關(guān)C、17-制冷機(jī)組、18-冷板、19-控溫儀器E、20_溫度反饋元件E、21-直流穩(wěn)壓電源E、22-薄膜電加熱器D、23-控溫儀器D、24_溫度反饋元件D、25-溫度采集設(shè)備、26-計(jì)算機(jī)、31-蒸發(fā)器、32-蒸氣管路、33-冷凝管路、34-儲液器、35-控制閥36-液體管路、37-絲網(wǎng)蒸發(fā)器

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]本實(shí)施例提供一種重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，該壽命試驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括蒸發(fā)器加熱控溫回路、儲液器加熱控溫回路、蒸氣管路加熱控溫回路、冷凝管路加熱控溫回路、冷凝管路冷卻保護(hù)模塊以及溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊。此外在進(jìn)行壽命試驗(yàn)時，在重力驅(qū)動兩相流體回路的蒸發(fā)器31、蒸氣管路32、冷凝管路33、儲液器34以及液體管路36外均包覆氣凝膠等耐高溫且不易燃的隔熱材料。
[0028]所述蒸發(fā)器加熱控溫回路中采用蒸發(fā)器電模擬熱源I模擬同位素核熱源，通過對其施加電功率發(fā)熱為蒸發(fā)器31提供熱源，蒸發(fā)器電模擬熱源I能夠承受300°C以上的高溫。蒸發(fā)器電模擬熱源I與蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)匹配，套裝在蒸發(fā)器內(nèi)部，與蒸發(fā)器31通過硅橡膠等耐高溫導(dǎo)熱填料安裝在一起，以增強(qiáng)傳熱。
[0029]由于蒸發(fā)器電模擬熱源I熱容比較大且熱擴(kuò)散率較低，而蒸發(fā)器31維持250°C?260°C時所需熱量Q會隨環(huán)境溫度的波動而變化，為降低蒸發(fā)器控溫過程中溫度產(chǎn)生較大波動，蒸發(fā)器加熱控溫回路中采用兩條加熱回路進(jìn)行加熱控溫:其中一條加熱回路包括直流穩(wěn)壓電源A5和加熱導(dǎo)線，直流穩(wěn)壓電源A5按照恒電流的模式向蒸發(fā)器電模擬熱源I輸出電功率。該條加熱回路為“基礎(chǔ)”功率加熱回路，通過直流穩(wěn)壓電源A5給蒸發(fā)器電模擬熱源I施加一個持續(xù)穩(wěn)定的“基礎(chǔ)”電功率Q1，不進(jìn)行控溫，Ql的大小稍低于蒸發(fā)器31維持250°C?260°C時所需熱量Q(差值為5W至10W)。另一條加熱回路為溫控回路，包括直流穩(wěn)壓電源B2、控溫儀器A3、溫度反饋元件A4和加熱導(dǎo)線；其中直流穩(wěn)壓電源B2向蒸發(fā)器電模擬熱源I施加一個“調(diào)峰”電功率Q2，保證Q1+Q2稍大于Q(差值一般在5W以內(nèi))，Q、Q1和Q2的大小通過試驗(yàn)確定，其中蒸發(fā)器31維持250°C?260°C時所需熱量Q在室溫20°C的環(huán)境下獲??；由此確定的“調(diào)峰”電功率Q2相對于“基礎(chǔ)”電功率Ql較小。溫度反饋元件A4采用熱電偶或鉑電阻，粘貼在蒸發(fā)器31中的絲網(wǎng)蒸發(fā)器37上，用于檢測蒸發(fā)器31的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器A3。控溫儀器A3用于設(shè)置蒸發(fā)器31的目標(biāo)溫度，控溫儀器A3能夠按照上限、下限以及區(qū)間進(jìn)行溫度的控制設(shè)置。當(dāng)溫度反饋元件A4反饋的溫度高于控溫儀器A3設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開溫控回路。由于“調(diào)峰”電功率Q2相對于“基礎(chǔ)”電功率Ql較小，由此便可通過一個較小的電功率對蒸發(fā)器進(jìn)行控溫，能夠避免采用一路較大功率加熱時造成的溫度波動。
[0030]此外，由于在重力驅(qū)動兩相流體回路中，儲液器34為易爆器件，當(dāng)溫度過高時容易發(fā)生爆炸，因此在“基礎(chǔ)”功率加熱回路中增加熔斷開關(guān)A6，熔斷開關(guān)A6粘貼在儲液器34上。當(dāng)儲液器34溫度超過熔斷開關(guān)A6的熔斷限值后，斷開“基礎(chǔ)”功率加熱回路，防止壽命試驗(yàn)過程中由于控制閥失效突然開啟(正常情況下控制閥處于關(guān)閉狀態(tài))，導(dǎo)致儲液器34溫度超限而發(fā)生爆破。
[0031]儲液器加熱控溫回路包括直流穩(wěn)壓電源C7、薄膜電加熱器B8、控溫儀器B9、溫度反饋元件BlO和熔斷開關(guān)B11。其中直流穩(wěn)壓電源C7按照恒電流的模式向薄膜電加熱器B8輸出電功率；薄膜電加熱器B8粘貼在儲液器34上，用于對儲液器34進(jìn)行加熱。溫度反饋元件BlO采用熱電偶或鉑電阻，粘貼在儲液器34上，用于檢測儲液器34的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器B9。控溫儀器B9用于設(shè)置儲液器34的目標(biāo)溫度，控溫儀器B9能夠按照上限、下限以及區(qū)間進(jìn)行溫度的控制設(shè)置?？販貎x器B9依據(jù)溫度反饋元件BlO反饋的儲液器34溫度，與其內(nèi)部設(shè)置的目標(biāo)溫度進(jìn)行比對，當(dāng)溫度反饋元件BlO反饋的溫度高于控溫儀器B9設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開儲液器加熱控溫回路。同時在儲液器加熱控溫回路中串聯(lián)有熔斷開關(guān)B11，熔斷開關(guān)Bll粘貼在儲液器34上，當(dāng)儲液器34溫度超過熔斷開關(guān)Bll的熔斷限值后，斷開儲液器加熱控溫回路，防止壽命試驗(yàn)過程中控制閥失效突然開啟后，儲液器加熱控溫回路仍然持續(xù)對儲液器34加熱而引起儲液器34爆破。
[0032]冷凝管路加熱控溫回路包括直流穩(wěn)壓電源D12、薄膜電加熱器C13、控溫儀器C14、溫度反饋元件C15和熔斷開關(guān)C16。其中直流穩(wěn)壓電源D12按照恒電流的模式向薄膜電加熱器C13輸出電功率；薄膜電加熱器C13粘貼在冷凝管路33的一側(cè)，用于對冷凝管路33進(jìn)行加熱。溫度反饋元件C15采用熱電偶或鉑電阻，粘貼在冷凝管路33上，用于檢測冷凝管路33的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器C14。控溫儀器C14用于設(shè)置冷凝管路33的目標(biāo)溫度，控溫儀器C14能夠按照上限、下限以及區(qū)間進(jìn)行溫度的控制設(shè)置?？販貎x器C14依據(jù)溫度反饋元件C15反饋的冷凝管路33的溫度，與其內(nèi)部設(shè)置的目標(biāo)溫度進(jìn)行比對，當(dāng)溫度反饋元件C15反饋的溫度高于控溫儀器C14設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開冷凝管路加熱控溫回路。同時在冷凝管路加熱控溫回路中串聯(lián)有熔斷開關(guān)C16，熔斷開關(guān)C16粘貼在儲液器34上，當(dāng)儲液器34溫度超過熔斷開關(guān)C16的熔斷限值后，斷開冷凝管路加熱控溫回路，防止壽命試驗(yàn)過程中控制閥失效突然開啟后，冷凝管路加熱控溫回路仍然持續(xù)對冷凝管路33加熱。
[0033]上述所有回路中熔斷開關(guān)的的熔斷限值相同。
[0034]蒸氣管路加熱控溫回路包括直流穩(wěn)壓電源E21、薄膜電加熱器D22、控溫儀器D23和溫度反饋元件D24。其中直流穩(wěn)壓電源E21按照恒電流的模式向薄膜電加熱器D22輸出電功率r薄膜電加熱器E22粘貼在蒸氣管路32上，用于對蒸氣管路32進(jìn)行加熱。溫度反饋元件D24采用熱電偶或鉑電阻，粘貼在蒸氣管路32上，用于檢測蒸氣管路32的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器D23?？販貎x器D23用于設(shè)置蒸氣管路32的目標(biāo)溫度，控溫儀器D23能夠按照上限、下限以及區(qū)間進(jìn)行溫度的控制設(shè)置。控溫儀器D23依據(jù)溫度反饋元件D24反饋的蒸氣管路32的溫度，與其內(nèi)部設(shè)置的目標(biāo)溫度進(jìn)行比對，當(dāng)溫度反饋元件D24反饋的溫度高于控溫儀器D23設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開蒸氣管路加熱控溫回路。由于蒸汽管路控溫過程中加載的功率比較小，即使壽命試驗(yàn)過程中控制閥失效突然開啟，對儲液器安全性造成的影響也可忽略，因此在蒸氣管路加熱控溫回路中不設(shè)置熔斷開關(guān)。
[0035]冷凝管路冷卻保護(hù)模塊包括制冷機(jī)組17、冷板18、控溫儀器E19、溫度反饋元件E20和冷卻工質(zhì)管路。其中制冷機(jī)組17由外部電源直接供電，制冷機(jī)組17對冷卻工質(zhì)進(jìn)行制冷，制冷后的冷卻工質(zhì)通過冷卻工質(zhì)管路流向冷板18。冷板18粘貼在冷凝管路33上未粘貼薄膜電加熱器C13的一側(cè)。溫度反饋元件E20采用熱電偶或鉑電阻，粘貼在儲液器34上，用于檢測儲液器34的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器E19?？販貎x器E19用于設(shè)置儲液器34的目標(biāo)溫度，控溫儀器E19能夠按照上限、下限以及區(qū)間進(jìn)行溫度的控制設(shè)置。冷凝管路冷卻保護(hù)模塊在月夜模擬期間，通過制冷機(jī)組17控制冷卻工質(zhì)的溫度，使兩相流體回路的工作溫度與月夜期間流體回路的運(yùn)行溫度相同。月晝模擬期間，正常不啟動運(yùn)行，當(dāng)控制閥35失效導(dǎo)致儲液器34溫度升高到控溫儀器E19設(shè)置的目標(biāo)溫度后，控溫儀器開啟制冷機(jī)組17，通過冷板18對冷凝管路33進(jìn)行冷卻，防止儲液器34溫度過高而爆破?？販貎x器E19所設(shè)置的目標(biāo)溫度高于熔斷開關(guān)的熔斷限值5-10°。
[0036]溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊包括溫度傳感器、溫度采集設(shè)備25以及計(jì)算機(jī)26。其中溫度傳感器可采用熱電偶以及鉑電阻等，在試驗(yàn)過程中需重點(diǎn)監(jiān)測絲網(wǎng)蒸發(fā)器37以及儲液器34的溫度，因此在絲網(wǎng)蒸發(fā)器37以及儲液器34上布置多個溫度測點(diǎn)。絲網(wǎng)蒸發(fā)器37上溫度測點(diǎn)布局如圖3所示，每根絲網(wǎng)蒸發(fā)器37沿高度方向均勻布置三個溫度測點(diǎn)。儲液器34上溫度測點(diǎn)布局如圖4所示，沿儲液器34沿高度方向均勻布局三個溫度測點(diǎn)。試驗(yàn)件其余位置處測點(diǎn)的布局根據(jù)試驗(yàn)情況確定。絲網(wǎng)蒸發(fā)器37在月晝期間模擬過程中溫度高達(dá)250°C?260°C，采用特殊研制的鎳鉻-鎳硅K型熱電偶，其絕緣線采用耐高溫的聚酰亞胺薄膜，可承受300°C的高溫，而普通的K型熱電偶絕緣線無法承受250°C?260°C的高溫。溫度采集設(shè)備25采集上述所有溫度傳感器的測試數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)26，計(jì)算機(jī)26對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲。
[0037]采用該試驗(yàn)裝置進(jìn)行重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)的過程為:
[0038]I)通過熱分析確定重力驅(qū)動兩相流體回路中蒸發(fā)器31、蒸氣管路32、冷凝管路33以及儲液器34的溫度在一個月晝期間內(nèi)隨時間的變化趨勢；以及重力驅(qū)動兩相流體回路在一個月夜期間傳遞的最大功率和月夜期間月面的工作溫度。
[0039]2)關(guān)閉重力驅(qū)動兩相流體回路的控制閥35，阻斷重力驅(qū)動兩相流體回路的運(yùn)行。
[0040]3)重力驅(qū)動兩相流體回路月晝運(yùn)行過程的模擬:
[0041]采用蒸發(fā)器加熱控溫回路對蒸發(fā)器31進(jìn)行加熱控溫，采用蒸氣管路加熱控溫回路對蒸氣管路32進(jìn)行加熱控溫，采用冷凝管路加熱控溫回路對冷凝管路33進(jìn)行加熱控溫，采用儲液器加熱控溫回路對儲液器34進(jìn)行加熱控溫。
[0042]其中蒸發(fā)器加熱控溫回路對蒸發(fā)器31進(jìn)行加熱控溫的過程為:首先依據(jù)步驟I)中所確定的蒸發(fā)器31的溫度在一個月晝期間內(nèi)隨時間的變化趨勢，確定蒸發(fā)器31的目標(biāo)溫度；然后通過控溫儀器A3設(shè)置目標(biāo)溫度區(qū)間；通過“基礎(chǔ)”功率加熱回路和溫控回路分別對蒸發(fā)器31加熱，加熱過程中溫度反饋元件A4實(shí)時監(jiān)測蒸發(fā)器31的溫度，當(dāng)蒸發(fā)器31的溫度達(dá)到所設(shè)置的目標(biāo)溫度區(qū)間的上限后，斷開溫控回路，僅由“基礎(chǔ)”功率加熱回路持續(xù)供熱。由于“基礎(chǔ)”功率加熱回路輸出的電功率低于蒸發(fā)器31維持其目標(biāo)溫度所需熱量，此時蒸發(fā)器31的溫度下降，當(dāng)蒸發(fā)器31的溫度降至所設(shè)置的目標(biāo)溫度區(qū)間的下限后，重新啟動溫控回路。反復(fù)上述過程保證蒸發(fā)器31的溫度始終處于所設(shè)置的目標(biāo)溫度區(qū)間內(nèi)。
[0043]蒸氣管路加熱控溫回路、冷凝管路加熱控溫回路和儲液器加熱控溫回路的控溫過程相同，以冷凝管路加熱控溫回路為例:首先依據(jù)步驟I)中所確定的冷凝管路33的溫度在一個月晝期間內(nèi)隨時間的變化趨勢，確定冷凝管路33的加熱目標(biāo)溫度；然后通過控溫儀器C14設(shè)置冷凝管路33的加熱目標(biāo)溫度區(qū)間；開啟直流穩(wěn)壓電源D12通過薄膜電加熱器C13對冷凝管路33進(jìn)行加熱。溫度反饋元件C15實(shí)時監(jiān)測冷凝管路33的溫度，當(dāng)冷凝管路33的溫度達(dá)到所設(shè)置的加熱目標(biāo)溫度區(qū)間的上限后，斷開冷凝管路加熱控溫回路；此時冷凝管路33的溫度下降，當(dāng)冷凝管路33的溫度降至所設(shè)置的加熱目標(biāo)溫度區(qū)間的下限后，重新開啟冷凝管路加熱控溫回路。反復(fù)上述過程保證冷凝管路33的溫度始終處于所設(shè)置的加熱目標(biāo)溫度區(qū)間內(nèi)。
[0044]上述加熱控溫的持續(xù)時間為一個月晝，加熱控溫期間溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊實(shí)時采集所布置的溫度測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，并將采集的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
[0045]4)加熱控溫持續(xù)一個月晝后，停止步驟3)中的所有加熱控溫回路，待蒸發(fā)器31、蒸氣管路32、冷凝管路33以及儲液器34的溫度降至室溫后，開啟控制閥35。
[0046]5)重力驅(qū)動兩相流體回路月夜運(yùn)行過程的模擬:
[0047]開啟蒸發(fā)器加熱控溫回路，對蒸發(fā)器31施加熱功率，所施加的熱功率大小與步驟一獲得的重力驅(qū)動兩相流體回路在一個月夜期間傳遞的最大功率一致。
[0048]同時開啟冷凝管路冷卻保護(hù)模塊，即開啟制冷機(jī)組17通過冷板18對冷凝管路33進(jìn)行制冷，通過控溫儀器E19設(shè)置冷凝管路33的制冷目標(biāo)溫度區(qū)間，冷凝管路33的制冷目標(biāo)溫度能夠使重力驅(qū)動兩相流體回路的工作溫度與其在月面的工作溫度相同。制冷期間溫度反饋元件E20實(shí)時監(jiān)測冷凝管路33的溫度，當(dāng)冷凝管路33的溫度達(dá)到所設(shè)置的制冷目標(biāo)溫度區(qū)間的下限后，斷開冷凝管路冷卻保護(hù)模塊，此時冷凝管路33的溫度上升，當(dāng)冷凝管路33的溫度上升至所設(shè)置的目標(biāo)溫度區(qū)間的上限后，重新開啟冷凝管路冷卻保護(hù)模塊。反復(fù)上述過程保證冷凝管路33的溫度始終處于所設(shè)置的制冷目標(biāo)溫度區(qū)間內(nèi)。
[0049]運(yùn)行一個月夜后，關(guān)閉蒸發(fā)器加熱控溫回路和冷凝管路冷卻保護(hù)模塊。
[0050]6)重復(fù)步驟2)?5) 12次，該次數(shù)與重力驅(qū)動兩相流體回路月面工作的壽命要求相同，即在軌工作一年(12個月晝和12個月夜)；若模擬次數(shù)不足12次就出現(xiàn)故障，則表明重力驅(qū)動兩相流體回路不能滿足其在軌工作一年的壽命要求；若模擬次數(shù)滿足12次的要求，則進(jìn)入步驟7);
[0051]7)分析重力驅(qū)動兩相流體回路的傳熱性能是否滿足壽命要求:
[0052]按照重力驅(qū)動兩相流體回路不凝氣體量的間接測試方法測試重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)結(jié)束后生成的不凝氣體量，然后按照不凝氣體量對部分重力(月面為1/6重力)驅(qū)動兩相流體回路影響分析方法分析重力驅(qū)動兩相流體回路在月面工作的壽命末期蒸發(fā)器31與儲液器34的溫差，并與重力驅(qū)動兩相流體回路允許的蒸發(fā)器31與儲液器34的溫差進(jìn)行比對，判斷重力驅(qū)動兩相流體回路的傳熱性能是否滿足在軌工作一年(12個月晝和12個月夜)的壽命要求。
[0053]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，所述重力驅(qū)動兩相流體回路包括蒸發(fā)器、蒸氣管路、冷凝管路、儲液器以及液體管路，其中儲液器通過液體管路與蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器通過蒸氣管路與冷凝管路相連，冷凝管路與儲液器相連；在所述液體管路上設(shè)置有控制閥； 其特征在于，該壽命試驗(yàn)裝置包括蒸發(fā)器加熱控溫回路、儲液器加熱控溫回路、蒸氣管路加熱控溫回路、冷凝管路加熱控溫回路、冷凝管路冷卻保護(hù)模塊以及溫度數(shù)據(jù)收集存儲豐吳塊； 所述蒸發(fā)器加熱控溫回路包括蒸發(fā)器電模擬熱源、基礎(chǔ)功率加熱回路和溫控回路；基礎(chǔ)功率加熱回路包括直流穩(wěn)壓電源A ;溫控回路包括直流穩(wěn)壓電源B、控溫儀器A和溫度反饋元件A ;所述蒸發(fā)器電模擬熱源套裝在蒸發(fā)器內(nèi)部，直流穩(wěn)壓電源A向蒸發(fā)器電模擬熱源施加穩(wěn)定的基礎(chǔ)電功率；直流穩(wěn)壓電源B向蒸發(fā)器電模擬熱源施加調(diào)峰電功率；所述溫度反饋元件A粘貼在蒸發(fā)器中的絲網(wǎng)蒸發(fā)器上，用于檢測蒸發(fā)器的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器A ;所述控溫儀器A用于設(shè)置蒸發(fā)器的目標(biāo)溫度，當(dāng)溫度反饋元件A反饋的溫度高于控溫儀器A設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開溫控回路； 所述儲液器加熱控溫回路包括直流穩(wěn)壓電源C、薄膜電加熱器B、控溫儀器B和溫度反饋元件B ;其中直流穩(wěn)壓電源C向粘貼在儲液器上的薄膜電加熱器B輸出電功率，對儲液器進(jìn)行加熱；所述溫度反饋元件B粘貼在儲液器上，用于檢測儲液器的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器B ;所述控溫儀器B用于設(shè)置儲液器的目標(biāo)溫度，當(dāng)溫度反饋元件B反饋的溫度高于控溫儀器B設(shè)置的目標(biāo)溫度后，斷開儲液器加熱控溫回路； 所述冷凝管路加熱控溫回路和蒸氣管路加熱控溫回路的組成與儲液器加熱控溫回路的組成相同；其中冷凝管路加熱控溫回路中的薄膜電加熱器粘貼在冷凝管路的一側(cè)，用于對冷凝管路進(jìn)行加熱； 在所述蒸發(fā)器加熱控溫回路中的基礎(chǔ)功率加熱回路、儲液器加熱控溫回路和冷凝管路加熱控溫回路中均串聯(lián)有熔斷開關(guān)，所述熔斷開關(guān)粘貼在儲液器上，上述所有熔斷開關(guān)的熔斷限值相同，當(dāng)儲液器溫度超過熔斷開關(guān)的熔斷限值后，相應(yīng)的回路斷開； 所述冷凝管路冷卻保護(hù)模塊包括制冷機(jī)組、冷板、控溫儀器E、溫度反饋元件E和冷卻工質(zhì)管路；所述制冷機(jī)組對冷卻工質(zhì)進(jìn)行制冷，制冷后的冷卻工質(zhì)通過冷卻工質(zhì)管路流向冷板；所述冷板粘貼在冷凝管路上未粘貼薄膜電加熱器的一側(cè)；溫度反饋元件E粘貼在儲液器上，用于檢測儲液器的溫度，并將檢測的溫度值反饋給控溫儀器E ;所述控溫儀器E用于設(shè)置儲液器的目標(biāo)溫度； 所述溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊包括溫度傳感器、溫度采集設(shè)備以及計(jì)算機(jī)；在所述蒸發(fā)器中的絲網(wǎng)蒸發(fā)器上以及儲液器上各設(shè)置兩個以上測溫點(diǎn)，每個測溫點(diǎn)處布置一個溫度傳感器；所述溫度采集設(shè)備采集上述所有溫度傳感器的測試數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和存儲。
2.如權(quán)利要求1所述的重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)方法，其特征在于，設(shè)所述基礎(chǔ)功率加熱回路輸出的基礎(chǔ)功率為Ql，溫控回路輸出的調(diào)峰電功率為Q2，蒸發(fā)器維持其溫度處于目標(biāo)溫度所需的熱量Q，則有(Q-Ql)為5W至10W，(Q1+Q2-Q)小于等于5W。
3.如權(quán)利要求1所述的重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)器加熱控溫回路中蒸發(fā)器電模擬熱源與蒸發(fā)器通過耐高溫導(dǎo)熱填料安裝在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，其特征在于，該試驗(yàn)裝置中的所有控溫儀器均能夠按照上限、下限以及區(qū)間進(jìn)行溫度的控制設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，其特征在于，該試驗(yàn)裝置中的所有溫度反饋元件以及溫度傳感器采用熱電偶或鉑電阻。
6.如權(quán)利要求1所述的重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述溫度數(shù)據(jù)收集存儲模塊中沿每根絲網(wǎng)蒸發(fā)器的高度方向均勻布置兩個以上測溫點(diǎn)，沿儲液器的高度方向均勻布置兩個以上測溫點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的重力驅(qū)動兩相流體回路壽命試驗(yàn)裝置，其特征在于，在絲網(wǎng)蒸發(fā)器的測溫點(diǎn)上布置鎳鉻-鎳硅K型熱電偶，該熱電偶的絕緣線采用耐高溫的聚酰亞胺薄膜；在儲液器的測溫點(diǎn)上布置銅-康銅T型熱電偶。
【文檔編號】G01M99/00GK104458305SQ201410721212
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】王錄, 苗建印, 張紅星, 李磊, 劉自軍 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部