[发明专利]一种可抑制重力影响的两相流体系统的特征参数设计方法

说明书

本发明公开了一种可抑制重力影响的两相流体系统的特征参数设计方法，属于航天器热控技术领域，具体步骤如下：第一步，根据两相流体系统内的气液流动及气液分布的特点，确定两相流体系统的工作模式；第二步，根据两相流体系统所处的工作模式，分析在1g的重力条件下，浮力、表面张力、惯性力、重力(浮力)、温度变化引起的浮力与黏性力对两相流体的影响，并计算得到特征参数d的取值范围；本发明通过分析重力条件对其相变工作过程工质流动换热的影响，以获得1g和0ggsubgt;m/subgt;1g条件下两相流体系统重力无关的特征参数选取准则。

技术领域

本发明属于航天器热控技术领域，具体涉及一种可抑制重力影响的两相流体系统的特征参数设计方法。

背景技术

空间两相热管理技术利用两相相变潜热实现高效的热量传输，是解决空间航天器大功率热传输和热排散的有效技术手段。空间用典型两相传热及散热技术，包括环路热管、月球1/6g重力驱动两相流体回路、可变热导热管、水升华器、蒸发器等。其中环路热管、月球1/6g重力驱动两相流体回路、可变热导热管属于高效两相传热技术，水升华器、蒸发器等属于高效两相散热技术。随着我国航天的发展和航天器热控技术更新换代，上述各项空间两相热管理技术已成为我国未来航天器热控中必不可少和必须突破的热控手段。

上述空间两相热管理技术基本工作原理和运行方式不同，但其工作利用的两相工质相变传热机理具有一定的共同点。如应用于航天器热控系统的两相热管理技术，在工作中必然面临空间微重力环境或月球1/6g重力环境等非地球重力环境。但是，对于空间用两相热管理系统，其研制过程中的性能测试、验证等试验必须在地面1g重力环境中进行。其在地面试验中的流动与换热不可避免地要受到重力的影响。当前微重力或部分重力条件下气液两相流动的实验研究手段主要有空间微重力实验、地面或近地面微重力实验、地面微(部分)重力模拟验证。如利用空间飞行器、失重飞机、落塔等，直接测试实验对象在微重力或部分重力环境下的流动及传热特性，微重力或部分重力环境试验真实可信，但实验费用较高、实验装置及实验操作复杂；失重飞机和落塔等微重力持续时间短(失重飞机≈20s，落塔≈5s)，实验过程中残余重力及其波动会影响测量参数的准确性，持续时间短也与实验对象内部物理过程的发展特点不协调。因此采用失重设备的微重力试验不仅费用高昂，而且不一定能满足所有项目的试验需求。

在我国未来的深空探测任务中，两相流体系统必须能够适应月面1/6g或其它星球重力环境。但在地面验证试验中，模拟1/6g或微重力环境有一定的困难。所以希望通过两相流体系统的重力无关设计，实现在地面重力环境中对两相流体系统工作性能进行模拟的目的。因此对重力条件对空间两相流体系统工作特性的影响进行分析，获得地面试验中重力的影响是否可以忽略的判断准则，对空间两相流体系统在地面试验中的可测性及其测试结果的可信性有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可抑制重力影响的两相流体系统的特征参数设计方法，分析重力条件对其相变工作过程工质流动换热的影响，以获得1g和0gg_m1g条件下两相流体系统重力无关的特征参数选取准则。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种可抑制重力影响的两相流体系统的特征参数设计方法，在两相流体系统中，表征两相流体系统与重力相关特性的无量纲参数分别为Bond数Bo、Froude数Fr、Grashof数Gr、Reynolds数Re及Rayleigh数Ra；其定义分别为：