[發明專利]一種肋片式相變蓄熱裝置優化設計方法

有效

• 申請號: 201310485384.6
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103593503A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 王領華;王思峰;劉欣;呂建偉;李彥良;屈強;洪文虎;王海英;鞏萌萌
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種肋片式相變蓄熱裝置優化設計方法，所述的肋片式相變蓄熱裝置包括安裝在上蓋板和下底板之間的互相平行的肋片以及填充在肋片之間的相變蓄熱材料；其特征在于步驟如下：

（1）根據肋片式相變蓄熱裝置所在飛行器再入返回過程中電子設備的總熱耗Q、肋片式相變蓄熱裝置的重量上限m、相變蓄熱裝置安裝的空間尺寸V轉化為肋片相變蓄熱裝置下底板熱流密度q以及裝置截面面密度上限ρ₁；

（2）將肋片式相變蓄熱裝置相鄰兩個肋片沿裝置高度方向的對稱軸之間的部分作為典型分析單元，根據對稱性，將典型分析單元的一半作為設計中的一個分析單元，其中肋片的厚度記為S₂，相鄰兩個肋片間的距離為2W；

（3）建立一個分析單元的二維傳熱模型；

（4）將步驟（1）確定的肋片相變蓄熱裝置下底板熱流密度q作為步驟（3）建立的二維傳熱模型的輸入，初始化W，根據步驟（3）中的二維傳熱模型計算相變蓄熱材料完全熔化時分析單元的溫差，以該溫差最小作為優化目標進行優化，得到優化后的相鄰兩個肋片間距離的一半W；

（5）根據步驟（4）優化后的W計算肋片的厚度S₂，進而確定裝置截面面密度ρ，并判斷ρ是否大于ρ₁；若大于，則增加優化后的W，從步驟（4）開始重新優化；否則，按照優化后的W及S₂設計肋片式相變蓄熱裝置。

2.根據權利要求1所述的一種肋片式相變蓄熱裝置優化設計方法，其特征在于：所述步驟（3）中的二維傳熱模型包括四個區域，其中：

下底板區域：根據能量守恒建立的換熱方程；

肋片區域：肋片內根據肋片材料熱傳導關系建立的方程；肋片與相變蓄熱材料連接處根據對流換熱關系建立的方程；

相變蓄熱材料區域：首先根據能量守恒確定相變蓄熱材料的固/液相變界面，在固態區根據熱傳導關系建立方程，在液態區根據自然對流換熱及熱傳導關系建立方程；

上蓋板區域：假設上蓋板為絕熱板。

3.根據權利要求2所述的一種肋片式相變蓄熱裝置優化設計方法，其特征在于所述的肋片與相變蓄熱材料連接處根據對流換熱關系建立的方程為：

∂2Tm∂y2+∂2Tm∂x2+2kkm(1S2)(∂T∂x)S2/2,y=ρmcpmkm∂Tm∂t]]>

式中，k為相變蓄熱材料的導熱率；T_m為肋片溫度分布；T為相變蓄熱材料的溫度分布；k_m為肋片導熱率，W/（m·K）；ρ_m為肋片的面密度，kg/m²；c_pm為相變材料的比熱容，J/（kg·K）；x軸為相變蓄熱材料寬度方向，y軸為相變蓄熱材料高度方向；S₂為肋片厚度，在x=S₂/2（或x=-S₂/2）位置處肋片的溫度與相變蓄熱材料的溫度相同。