[發明專利]一種低溫環路熱管工質充裝量及氣庫容積的設計方法

在審

• 申請號: 202210176370.5
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114593621A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 牛雷;謝龍;趙潔蓮
• 申請（專利權）人: 上海格熵航天科技有限公司
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;F17C13/02
• 代理公司: 上海國瓴律師事務所 31363
• 代理人: 傅耀

本發明提供了一種低溫環路熱管工質充裝量及氣庫容積的設計方法，包括建立在最低溫工況下的工質充裝量與各汽液通道體積及含液率的方程式，依據設定的氣庫初始體積值，確定在最低溫工況下的工質充裝量，最低溫工況下的工質充裝量與最高溫工況下的工質充裝量相同，依據所述最低溫工況下的工質充裝量計算出最高溫工況下的氣態工質質量，依據所述最高溫工況下的氣態工質質量以及氣體所占容積計算出低溫環路熱管內氣體的體積密度值得出氣庫的壓力值，依據工質的物性參數得出對應的飽和溫度，依據啟動溫度與飽和溫度的溫度差判斷所述設定的氣庫初始體積值的合理性。其中本發明的有益效果是：確保低溫環路熱管能成功啟動，也使氣庫的容積實現最優化。

技術領域

本發明涉及低溫環路熱管設計領域，特別涉及一種低溫環路熱管工質充裝量及氣庫容積的設計方法。

背景技術

環路熱管(LHP)是一種無源的汽液兩相傳熱裝置，因其具有高效傳熱性、距離遠熱傳輸能力、系統熱阻小、可靠性高等優勢，使其在航天航空的熱控系統中得到廣泛的應用。隨著各種不同應用領域的擴張，對環路熱管的工作溫區要求也變得逐漸寬泛。環路熱管按照其工作溫區的不同一般可分為高溫環路熱管(350K以上)、常溫環路熱管(200～350K)和低溫環路熱管(200K以下)。低溫環路熱管(CLHP)是用于控制低溫運行設備溫度的重要部件，由于可在微重力環境下運行，廣泛應用于地球探測及深空探測等領域。CLHP能正常運行的關鍵是系統能從超臨界狀態轉變到正常的低溫工作溫度，實現CLHP的啟動。充裝量對系統啟動的影響較大，若充裝量過大，系統的壓力可能達不到臨界壓力以下，導致次回路的啟動失敗；而充裝量過少，則會降低系統壓力使熱儲液器中的工質進入系統，進而增大啟動難度。因此工質充裝不合適可能導致低溫環路熱管工作失效或工作溫度波動，這將嚴重影響其工作穩定性。

專利CN112818468A中通過分析環路熱管在低溫啟動工況、高溫耐溫工況、高溫工作工況以及低溫工作工況下，工質在環路熱管各部件的汽液分布，以及約束條件，進而根據上述約束，建立方程組進行聯立求解，獲取儲液器容積的范圍，選擇合適的儲液器容積，并根據儲液器的容積計算工質的充裝量。

但是上述專利的充裝量設計方法僅適用于常溫環路熱管，現有技術中對于低溫環路熱管充裝量的設計目前還沒有較為科學完善的計算方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明中披露了一種解決工質充裝量的不合適而導致低溫環路熱管工作失效、超臨界啟動失敗或工作溫度波動等問題，在確保低溫環路熱管能成功啟動的同時，也使氣庫的容積實現最優化的低溫環路熱管工質充裝量及氣庫容積的設計方法，本發明的技術方案是這樣實施的：

一種低溫環路熱管工質充裝量及氣庫容積的設計方法，包括建立在最低溫工況下的工質充裝量與各汽液通道體積及含液率的方程式，依據設定的氣庫初始體積值，確定啟動溫度，確定在最低溫工況下的工質充裝量，所述最低溫工況下的工質充裝量與最高溫工況下的工質充裝量相同，依據所述最低溫工況下的工質充裝量計算出最高溫工況下的氣態工質質量，依據所述最高溫工況下的氣態工質質量計算出低溫環路熱管內氣體的體積密度值，在常溫下，依據所述氣體的體積密度值得出氣庫的壓力值，依據所述氣庫的壓力值查工質的物性參數得出所述氣庫的壓力值下對應的飽和溫度，依據所述啟動溫度與所述飽和溫度的溫度差判斷所述設定的氣庫初始體積值的合理性。

優選地，所述啟動溫度與所述飽和溫度的溫度差不大于4℃，則所述設定的氣庫初始體積值合理；若所述溫度差大于4℃，則需要重新設定所述氣庫初始體積值，直至所述溫度差不大于4℃。

優選地，所述汽液通道的體積包括主蒸發器的汽通道體積、主蒸發器的液通道體積、主蒸汽管路的體積、主冷凝器管路的體積、主液管路的體積、主儲液器的體積、次蒸發器的汽通道體積、次蒸發器的液通道體積、次蒸汽管路的體積、次冷凝器管路的體積、次液管路的體積、次儲液器的體積和所述氣庫初始體積值。

優選地，在最低溫工況主回路啟動時，主儲液器內儲滿液態工質，次儲液器內的液態工質沒過毛細芯。