[發明專利]一種近地軌道下空間堆熱管輻射器傳熱特性分析方法

有效

• 申請號: 202111066037.0
• 申請日: 2021-09-13
• 公開（公告）號: CN113779723B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王成龍;金釗;張大林;秋穗正;田文喜;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種近地軌道下空間堆熱管輻射器傳熱特性分析方法，主要步驟如下：1、確定空間堆運行軌道高度、傾角、周期，確定輻射器結構與初始參數，輸入熱管熱源、熱阱溫度，設定計算時間；2、對輻射器的熱管及翅片劃分控制體，初始化計算；3、計算熱管管壁、吸液芯及蒸汽腔溫度隨時間變化率；4、計算當前時刻太陽輻射熱流密度；5、計算翅片溫度隨時間變化率；6、利用吉爾算法求解熱管及翅片溫度，跳到步驟3進行下一時刻的計算，循環計算直到達到設定時間。本發明的方法可以計算近地軌道下空間堆熱管輻射器傳熱特性，并且在計算時可以得到更精確的計算結果。

技術領域

本發明涉及空間核反應堆領域，具體涉及一種近地軌道下空間堆熱管輻射器傳熱特性分析方法。

背景技術

隨著空間探測對能源的要求不斷提高，空間核反應堆因其壽命長，能量密度高已成為未來太空中重要的動力來源。而在宇宙空間的運行環境中，空間核反應堆的設計中廣泛采用熱管輻射器排放廢熱，在熱管輻射器的設計中可能出現以下問題：1)如廢熱不能及時排出，堆芯將面臨熔融風險；2)如熱量排出過多，將可能導致工作流體出現冷凝，這一現象極可能出現在液態金屬冷卻反應堆啟動前期；3)近地軌道下，空間堆輻射器將受到太陽輻射熱流密度的影響，導致輻射器性能下降，甚至可能會由于溫度的劇烈變化產生較大熱應力，使輻射器發生變形。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種近地軌道下空間堆熱管輻射器傳熱特性分析方法，該方法考慮了太陽輻射熱流密度的影響，依次對輻射器熱管及翅片進行計算，可以得到熱管輻射器在近地軌道下的溫度分布。本發明為空間堆熱管輻射器在近地軌道下的換熱技術提供理論建議與指導，為高效、安全的熱管輻射器設計提供方法。

為了實現上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種近地軌道下空間堆熱管輻射器傳熱特性分析方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：確定空間堆運行軌道高度、傾角和周期，確定輻射器結構與初始參數，輸入熱管熱源和熱阱溫度，設定計算時間；

步驟2：對輻射器的熱管及焊接在熱管上的翅片劃分控制體，熱管沿徑向和軸向劃分控制體，翅片沿熱管軸向及垂直于熱管方向劃分控制體，初始時刻對每個控制體設定同一溫度；

步驟3：對當前時刻熱管進行傳熱計算，計算熱管管壁、吸液芯及蒸汽腔溫度隨時間變化率；

熱管由管壁、吸液芯及蒸汽腔組成，對熱管的傳熱計算包括管壁導熱，吸液芯流動換熱，及蒸汽腔的流動換熱，其傳熱方程如下：

管壁區域

吸液芯區域：

蒸汽區域：

式中：

C_w——管壁區域體積熱容/J·m^-3·K^-1

C_eff——吸液芯有效體積熱容/J·m^-3·K^-1

C_v——蒸汽區域體積熱容/J·m^-3·K^-1

T_w——管壁溫度/K

T_ws——吸液芯溫度/K

T_w——管壁溫度/K

T——蒸汽溫度/K

t——時間/s