二氧化碳两相回路热控系统并联蒸发器启动过程过热现象分析及其抑制.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：083452 二氧化碳两相回路热控系统并联蒸发器 启动过程过热现象分析及其抑制 1,2 1,2 2,3 1,2， * 1,2， 4 4 孙西辉 ，黄臻成 ，陈粤 ，肖文佳 何振辉 J.van Es , A. Pauw , B. Verlaat5 （1． 中山大学物理科学与工程技术学院，广州，510275，2． 中山大学空间技术中心，珠海， 510982， 3. 中山大学化学与化学工程学院，广州，510275，4.National Aerospace Laboratory, the Netherlands， 5. National Institute for Nuclear and High Energy Physics) （Tel;0756-3668846, Email: stshzh@mail.sysu.edu.cn） 摘要：由于液-汽一级相变的复杂性及普遍存在的过热现象，机械泵驱动的二氧化碳两相回路热控系统 的热载荷启动是系统运行的重要环节。本文通过启动实验发现，采用长程毛细管结构的蒸发器对分布 式小热源进行集热时，在冷工况、低热流密度的情况下会出现蒸发器阶段性形核沸腾蒸发，并且由于 上游过热液体形核沸腾后会导致下游干烧现象。并发现，通过对蒸发器入口前的板式换热器加热可有 效地抑制过热现象的发生。 关键词：两相回路热控系统，过热，干烧 0. 前言 机械泵驱动的两相回路热控系统（Mechanical Pumped Two Phases Thermal Control System，简称MPTCS），可实现在复杂的散热环境下，对长距离，分散式热源进行热收集 和热排散，并为热源提供稳定热边界的一种新型热控散热系统，是新一代航天热控系统 的理想选择[1-2]。本文介绍的机械泵驱动的两相系统的工质为二氧化碳，功能目标是实 现收集并散发分散在两个并联蒸发器上共 144W的热量，并进行控温。该系统的启动过程 包括储液器的加热增压，机械泵启动和热负载启动三个主要步骤。其中热负载启动[3]是 重要的一环，蒸发器加上热载荷后，二氧化碳会发生复杂的汽液相变过程，同时蒸发器 并联更使情况进一步复杂化，所以研究这个启动过程发生的现象，有助于理解系统的运 行特性，保障系统的正常启动和运行。 1. 实验系统简介 该实验系统的原理图见参考图 1。系统由一个机械泵，两个并联的蒸发器（上蒸发 器和下蒸发器），两个冷凝器，一个板式换热器和一个控温贮液器组成。单个蒸发器分 为内外环路，各长 5m，总长 10m，管径为Φ3×0.2mm，沿蒸发器环粘贴模拟热载荷的加 ?本文受广东省人民政府科技专项、科技部国际科技合作重点项目计划（2003DF000050 ）、973 计划前 沿研究专项（课题编号：2006CB708613 ）和广东省自然科学基金）资助 2 热器 54 个，单个模拟加热器发热面积为 0.0007m 。其中内环加热器共 24个分为两大段 间距为 0.6m，单个加热器最大间距为 0.38m，最小间距为 0.124m。外环加热器共 30 个 也分为两大段间距为 1.21m，单个加热器间距为 0.08m。两蒸发器总加热量为 144W，共 108 个，内外环加热量比值为：2.2:1，考虑 5%的漏热后，对应的内环蒸发器单个加热 器发热量为 2.25W，热流密度为 3214W/m2，外环单个加热器发热量为 0.8W, 热流密度为 1138W/m2 。在系统各个主要部件都布置了测温精度为±0.1℃的PT1000 或测温精度为± 0.3℃的热电偶。在上蒸发器的进出口处安装差压传感器，在泵的进口处安装绝对压力 传感器，跨其两端安装差压传感器。上下蒸发器入口处各装一个预热器，每个预热器的 2 额定加热功率 8W，热流密度为 3183 W/m ，板式换热器上加装加热器，额定加热功率为