[发明专利]一种低温环路热管工质充装量及气库容积的设计方法

说明书

本发明提供了一种低温环路热管工质充装量及气库容积的设计方法，包括建立在最低温工况下的工质充装量与各汽液通道体积及含液率的方程式，依据设定的气库初始体积值，确定在最低温工况下的工质充装量，最低温工况下的工质充装量与最高温工况下的工质充装量相同，依据所述最低温工况下的工质充装量计算出最高温工况下的气态工质质量，依据所述最高温工况下的气态工质质量以及气体所占容积计算出低温环路热管内气体的体积密度值得出气库的压力值，依据工质的物性参数得出对应的饱和温度，依据启动温度与饱和温度的温度差判断所述设定的气库初始体积值的合理性。其中本发明的有益效果是：确保低温环路热管能成功启动，也使气库的容积实现最优化。

技术领域

本发明涉及低温环路热管设计领域，特别涉及一种低温环路热管工质充装量及气库容积的设计方法。

背景技术

环路热管(LHP)是一种无源的汽液两相传热装置，因其具有高效传热性、距离远热传输能力、系统热阻小、可靠性高等优势，使其在航天航空的热控系统中得到广泛的应用。随着各种不同应用领域的扩张，对环路热管的工作温区要求也变得逐渐宽泛。环路热管按照其工作温区的不同一般可分为高温环路热管(350K以上)、常温环路热管(200～350K)和低温环路热管(200K以下)。低温环路热管(CLHP)是用于控制低温运行设备温度的重要部件，由于可在微重力环境下运行，广泛应用于地球探测及深空探测等领域。CLHP能正常运行的关键是系统能从超临界状态转变到正常的低温工作温度，实现CLHP的启动。充装量对系统启动的影响较大，若充装量过大，系统的压力可能达不到临界压力以下，导致次回路的启动失败；而充装量过少，则会降低系统压力使热储液器中的工质进入系统，进而增大启动难度。因此工质充装不合适可能导致低温环路热管工作失效或工作温度波动，这将严重影响其工作稳定性。

专利CN112818468A中通过分析环路热管在低温启动工况、高温耐温工况、高温工作工况以及低温工作工况下，工质在环路热管各部件的汽液分布，以及约束条件，进而根据上述约束，建立方程组进行联立求解，获取储液器容积的范围，选择合适的储液器容积，并根据储液器的容积计算工质的充装量。

但是上述专利的充装量设计方法仅适用于常温环路热管，现有技术中对于低温环路热管充装量的设计目前还没有较为科学完善的计算方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种解决工质充装量的不合适而导致低温环路热管工作失效、超临界启动失败或工作温度波动等问题，在确保低温环路热管能成功启动的同时，也使气库的容积实现最优化的低温环路热管工质充装量及气库容积的设计方法，本发明的技术方案是这样实施的：

一种低温环路热管工质充装量及气库容积的设计方法，包括建立在最低温工况下的工质充装量与各汽液通道体积及含液率的方程式，依据设定的气库初始体积值，确定启动温度，确定在最低温工况下的工质充装量，所述最低温工况下的工质充装量与最高温工况下的工质充装量相同，依据所述最低温工况下的工质充装量计算出最高温工况下的气态工质质量，依据所述最高温工况下的气态工质质量计算出低温环路热管内气体的体积密度值，在常温下，依据所述气体的体积密度值得出气库的压力值，依据所述气库的压力值查工质的物性参数得出所述气库的压力值下对应的饱和温度，依据所述启动温度与所述饱和温度的温度差判断所述设定的气库初始体积值的合理性。

优选地，所述启动温度与所述饱和温度的温度差不大于4℃，则所述设定的气库初始体积值合理；若所述温度差大于4℃，则需要重新设定所述气库初始体积值，直至所述温度差不大于4℃。

优选地，所述汽液通道的体积包括主蒸发器的汽通道体积、主蒸发器的液通道体积、主蒸汽管路的体积、主冷凝器管路的体积、主液管路的体积、主储液器的体积、次蒸发器的汽通道体积、次蒸发器的液通道体积、次蒸汽管路的体积、次冷凝器管路的体积、次液管路的体积、次储液器的体积和所述气库初始体积值。

优选地，在最低温工况主回路启动时，主储液器内储满液态工质，次储液器内的液态工质没过毛细芯。