[发明专利]一种过热度可调的测量多孔介质低温芯吸特性的实验装置

说明书

一种过热度可调的测量多孔介质低温芯吸特性的实验装置，包括真空绝热杜瓦和与之配合的气/液加注排放通路、抽真空系统和数据采集系统；所述的真空绝热杜瓦包括由实验罐及其外部设有的真空夹层组成的内外腔双层结构，实验罐顶部通过法兰进行端部密封，法兰上开有相应的安装管路、测量器件、信号线路的对接接口；实验罐内腔安装有高精度电子天平、升降平台、内窥镜、挡板、温度棒、多孔冷却屏的组件，本发明通过控制多孔冷却屏的润湿程度实现低温实验区域过热度的调节，通过挡板改变实验罐内温度分布，在维持下侧实验区低温环境的同时保障电子器件在上侧高温区内稳定工作，通过质量测量法反映多孔介质内流体芯吸特性。

技术领域

本发明涉及多孔介质气液管理技术领域，具体涉及一种过热度可调的测量多孔介质低温芯吸特性的实验装置。

背景技术

多孔介质一直在化学、生物、医学等领域蓬勃发展，在航天领域也广泛应用于空间流体管理(气液分离)和热管理(热管)等相关技术。以航天应用为例，发动机在轨点火需要单相液体的稳定供给，由于空间环境中重力作用的明显削弱，液体推进剂气液相分布具有很大的不确定性，可能引起带气排液导致发动机故障甚至事故。

现有的常温推进系统广泛采用一种网幕通道式液体获取装置(LAD)进行空间流体管理，该装置的核心部件为具有多孔介质性质的金属网幕结构，能够有效利用在微重力下作用显著的表面张力与毛细力作用对气液相进行分离和获取。近年来，液氢、液氧等低温推进剂以其推力大、无毒无污染等显著优势逐渐受到大型空间任务的青睐。然而，低温推进剂也存在温度低、沸点低、表面张力小等特殊性，给低温推进剂空间气液管理技术带来了更多挑战。

目前，多孔介质气液管理技术对于低温流体的适用性还停留在地面实验室研究阶段，仍缺乏充足的低温试验数据，特别是关于过热条件下低温流体在多孔网幕内的流动与蒸发特性的研究十分匮乏，大大限制了低温推进系统LAD的设计优化和在轨成熟应用。此时，则需要一种实验方法对过热条件下多孔介质内低温流体的流动与换热特性开展深入研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种过热度可调的测量多孔介质低温芯吸特性的实验装置，为低温推进剂LAD的研究与设计提供数据支持。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种过热度可调的测量多孔介质低温芯吸特性的实验装置，包括真空绝热杜瓦1和与之配合的气/液加注排放通路、抽真空系统和数据采集系统；

所述的真空绝热杜瓦1包括由实验罐及其外部设有的真空夹层组成的内外腔双层结构，真空夹层为低于1.5×10^-3Pa的高真空环境，实验罐顶部通过法兰进行端部密封，法兰上开有相应的安装管路、测量器件、信号线路的对接接口；实验罐内腔安装有高精度电子天平a、升降平台b、内窥镜c、挡板i、温度棒j、多孔冷却屏k的组件，高精度电子天平a安装在升降平台b上；

所述的高精度电子天平a能够测量通过样本支架d自由悬挂的待测多孔介质样本h的质量变化，从而反映出多孔介质内低温流体芯吸速度、蒸发速度的数据信息；

所述的挡板i位于实验罐内腔中下区域，采用金属或非金属材料，将实验罐内腔分隔为上下两段区域；实验罐加注低温液体后罐内建立底部为液体温区、法兰侧接近室温的纵向温度梯度；挡板i上设有对应于温度棒j、内窥镜c、样本支架d的需要贯穿于挡板i下侧低温实验区域的各部件的开孔；所有气/液加注排放通路端口均布置于挡板i以下；

所述的多孔冷却屏k采用具有多孔介质结构的金属网幕，围绕包裹挡板i下侧区域范围，当金属网壁未接触低温液体时，不具有冷却屏效用，挡板i下侧实验区域具有线性的相对较高的过热度条件；当网壁下沿与触低温液体接触时，低温液体将在毛细引力作用下芯吸润湿多孔网壁形成一层“低温屏障”，通过持续的蒸发冷却作用有效维持挡板i下侧实验区域具有稳定均匀的低温环境，过热度控制在1K以内。