[發明專利]一種空間輻射換熱規律地面常壓等效熱試驗方法

有效

• 申請號: 201110407249.0
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102564782A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 寧獻文;劉東曉;王玉瑩;宋馨;張加迅
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張利萍;高燕燕

1.空間輻射換熱規律地面常壓等效熱試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：計算輻射器溫度T_r，k；將輻射器及其附著冷板看作一個集總參數部件，根據能量守恒定律有方程：

Mr,kcr,kdTr,kdt=Qi,k+Qs,k-Qr,k---(1)]]>

式中，k∈[1，K]為輻射器支路序號；M_r，k為第k個輻射器支路中輻射器及其附著冷板總質量；c_r，k為第k個輻射器支路中輻射器及其附著冷板的平均比熱容；T_r，k為第k個輻射器支路中輻射器及其附著冷板的平均溫度；Q_i，k為第k個輻射器支路中冷板組件交換到輻射器組件的熱量，其表達式為：

Q_i，k＝ξ_CP，kG_r，kc_f(T_ri-T_r，k)?????????????????(2)

式中，ξ_CP，k為冷板組件換熱效率，G_c，k為第k個輻射器支路工質流量，c_f為回路工質比熱容，T_ri為輻射器支路入口流體溫度，根據等效原理，G_r，k、T_ri可分別由地面散熱系統測量值G_c，k、T_ci等效替換；Q_s，k為第k個輻射器支路中輻射器接收的空間外部熱流，其表達式為：

Qs,k=Ar,kΣi=13αk,iqk,i---(3)]]>

式中，A_r，k為第k個輻射器支路中輻射器面積，α_k，i和q_k，i分別為第k個輻射器支路中輻射器空間熱流吸收率和空間熱流密度，i＝1，2，3分別表示太陽直接輻射、地球反照輻射與地球紅外輻射；Q_r，k為第k個輻射器支路中輻射器向空間輻射的熱量，其表達式為：

Q_r，k＝A_r，kε_r，kσT_r，k⁴???????????????????????(4)

式中，ε_r，k為第k個輻射器支路中輻射器表面發射率，σ為Stefan-Boltzmann常數；

第二步：根據第一步計算的輻射器溫度T_r，k，計算輻射器出口流體溫度T_ro，k；首先引入冷板換熱效率定義式：

ξ_CP，k＝(T_ri-T_ro，k)/(T_ri-T_r，k)????????????????(5)

由式(4)可得輻射器出口流體溫度T_ro，k：

T_ro，k＝T_ri-ξ_CP，k(T_ri-T_r，k)???????????????????(6)

第三步：計算穩態熱流分量a₀；

根據式(1)可知，Q_s，k-Q_r，k項是輻射器與空間環境之間的凈熱量交換，將該項分解為穩態熱流項Q_sb，k和動態熱流項Q_s，t，即有：

Q_s，k-Q_r，k＝Q_sb，k+Q_st，k???????????????????????(7)

考慮到空間外熱流Q_s，k會隨軌道周期呈周期性變化，因而采用傅里葉級數展開為：

Qs,k=12A0+Σ1∞An(θ)=a0+Σ1∞(ancosnωt+bnsinnωt)---(8)]]>

式中，a₀為空間外熱流Q_s，k傅里葉級數的直流分量，同時也是穩態熱流項Q_sb，k的一個分量；

第四步：計算穩態熱流Q_sb，k；其表達式為：

Qsb,k=Qs,k-Qr,k-Qst,k=a0+Σ1∞(ancosnωt+bnsinnωt)-Qr,k-Qst,k---(9)]]>

為了獲取穩態熱流Q_sb，k數值，對式(9)兩邊積分有：

∫0∞Qsb,kdt=∫0∞(a0+Σ1∞(ancosnωt+bnsinnωt)-Ar,kϵr,kσTr,k4-Qst,k)dt---(10)]]>

為了構造式(10)右側穩態項，引入軌道周期平均熱流Q_av，k＝A_r，kε_r，kσT_av，k⁴有：

∫0∞Qsbdt=∫0∞(a0-Qav,k)dt+∫0∞(Σ1∞(ancosnωt+bnsinnωt)+Qav,k-Ar,kϵr,kσTr,k4-Qst,k)dt---(11)]]>

式中，T_av，k為常量，是輻射器在軌時的周期平均溫度值。

其中，∫0∞(Qav,k-Ar,kϵr,kσTr,k4)dt=0,]]>令動態熱流項Qs_t，k滿足Qst,k=Σ1∞(ancosnωt+bnsinnωt)]]>則有：∫0∞Qsb,kdt=∫0∞(a0-Qav,k)dt⇒Qsb,k=a0-Qav,k---(12)]]>

由于a₀、Q_av，k均為常量，因而穩態熱流Q_sb，k為恒定值。