[發明專利]一種分級供液溫度自補償液氦熱沉結構

無效

• 申請號: 201010235122.0
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN101947474A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 蔡國飆;王文龍;凌桂龍;李曉娟;黃本誠;張國舟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B01L7/00
• 分類號: B01L7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及一種分級供液溫度自補償液氦熱沉結構，屬于環境模擬系統中熱沉結構設計領域。

【背景技術】

地面模擬試驗艙是衛星、飛船、空間站等航天器或航天器上零部件進行試驗的主要場所，為了在地面模擬試驗艙內創造航天器在軌工作時太空中的“冷黑”環境，通常需要在地面模擬試驗艙中安裝熱沉。熱沉采用低溫吸附技術抽除試驗艙內的氣體和試驗過程中試驗件放出的氣體，使試驗艙內達到高真空或極高真空，通過在熱沉表面噴涂特制黑漆來保證其對太陽光的吸收率和熱沉本身的發射率，模擬太空中“黑”環境。熱沉的抽氣能力與熱沉表面的溫度和表面積成線性關系，且只能抽除冷凝溫度比熱沉自身溫度高的氣體，通常試驗艙內氮氣、氫氣、氬氣等含量較高時，需要液氦作為冷卻介質的液氦熱沉來抽氣。

肋骨式圓筒形結構是臥式試驗艙中常見的熱沉結構，即在圓筒的上下各分布一根匯總管，像肋條一樣分布的半圓形支管兩端分別與上下匯總管焊接，冷卻介質(液氦)流進下匯總管后沿支管上升，匯流到上匯總管后流出。為了盡可能增大熱沉的表面積，支管上焊接有翅片，通過支管中流動的低溫冷卻介質與支管和翅片的熱交換使熱沉的管路、翅片達到或略高于冷卻介質的溫度。

就單根支管來說，冷卻一段時間后支管的溫度與冷卻介質的溫度基本一致，而翅片的溫度均勻程度較差，離支管越遠溫度越高，而且沿流動方向溫度也越來越高。支管間的溫度分布也不均勻，由于加工誤差和結構設計等問題，支管中阻力系數越小管內冷卻介質流量越大，該支管的整體溫度也就越低，尤其是液氦作低溫介質時，由于液氦流動性極好(其動力黏度約為液氮的百分之一，是水的四百分之一)，阻力系數最小的支管中液氦的流量最大，使得該支管整體溫度最低，而管板溫度越低流阻系數越小，流量進而會進一步增大，形成惡性循環，甚至出現匯總管中的液氦全部從該支管流過、其他支管無液氦流動的“短路”現象。

為了解決液氦熱沉單支管自身或多支管間溫度不均勻甚至“短路”的問題，通常在液氦供應的外流程上做工作，設計復雜的液氦進出口來調節各管路中的流量，大大增加了外流程的成本和控制難度。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種分級供液溫度自補償液氦熱沉結構，通過結構改進使得各支管內冷卻介質的流量平均分配，進而使得各管板的溫度分布趨于一致，消除各支管內流阻差異對液氦熱沉溫度分布不均勻性的影響。如圖1所示，冷卻介質(液氦)從下匯總管流入，經分流后再流入與各分流管連接的支管中，從支管流經上分流管從上匯總管流出。在各支管下部靠近分流管處，用導熱性好的銅導熱帶將支管串聯起來，使本身不連接的翅片間能傳遞熱量，從而改變各支管的溫度分布。

本發明的積極效果在于：(1)通過在下匯總管和支管間、支管和上匯總管間增加分流管，能夠消除加工誤差或結構設計導致的各支管流阻系數的差別，使得各支管內冷卻介質(液氦)的流量基本一致；(2)將各支管靠近分流管處用銅導熱帶連接后，各支管間能根據溫度分布不均勻的程度，由溫度高的支管向溫度低的支管傳導熱量，從而自動補償支管間溫度分布差異，進而修正支管內冷卻介質(液氦)的流量。

【附圖說明】

圖1分級供液液氦熱沉結構圖

圖2溫度自補償液氦熱沉結構圖

圖中：1-下匯總管，2-下分流管，3-支管，4-上分流管，5-上匯總管，6-翅片，7-銅導熱帶壓板，8-固定螺釘，9-銅導熱帶

【具體實施方式】

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

典型肋骨式圓筒形液氦熱沉的結構由下匯總管、支管、上匯總管和支管上焊接的翅片組成，其冷卻介質(液氦)的流動方向為下匯總管到支管、再到上匯總管的形式，由于制造誤差和結構設計的缺陷，使得各個支路上的流阻不盡相同，再加上液氦極好的流動性能(動力黏性系數小)，很容易使得各支路液氦的流量不均勻，液氦流量的差異又會導致各支路管板的溫度差異，溫度越低液氦的動力黏性系數越小，周而復始會形成液氦在各個支管中流動的惡性循環，甚至出現短路。