空间热控蒸发器流动沸腾传热特性研究-动力工程及工程热物理专业论文.docx

摘要摘要热控系统，是保证航天器内温度稳定，各仪器设备稳定工作的重要组成部分。随着航天技术的不断发展，航天器的热控环境愈加恶劣。一方面，在辐射散热效率低的航天器热控系统中，需要使用蒸发器作为消耗性热沉来进行热量排散:另一方面，在低温的环境中，又需要对关键设施进行加热控温。在任何蒸发换热器的结构设计之中，管内两相流流动沸腾传热，都是首要的考虑因素之一。本文从26篇文献中，收集了2783个环形流流型下的流动沸腾换 热系数实验数据，建立了环形流流动沸腾换热数据库。该数据库包含七种不同工质，覆盖水力直径范围O.514.0mm，质量流速范围501290kg/m元，全液雷诺数范热力学干度范围O.013.985，热流密度范围3.0-240.0kW/m2，液相普朗特数范围1.26-5.邸，对比压力0.01.77. 此外，本文总结了19种现有流动沸腾换热系数预测方法，使用所建立数据库对其进行了精度评估，发现大部分现有的方法，并不能对数据库内数据给出令人满意的预测精度。因此，本文基于Cioncolini-Thome环形流漏流模型，提出了一个新的换热关联式，用于环形流流型下的流动沸腾换热系数计算:新关联式的预测精度明显高于所有现有模型，其MAE和MRE分别为13.7%和0.4%，预测误差不超过士15%、士30%和士50%的数据比例分别为66.5%、89.0%和96.9%; 同时，新的关联式适用性强，对于不 同工质和管道尺寸的换热系数均能给出精度较高的预测。另一方面，本文还针对Q型槽道管内表面结构对流动沸腾传热特性的影响，设计并搭建了两相流流动沸腾传热实验平台，对槽道管内流动沸腾换热特性，以及重力方向对其传热特性的影响，进行了实验研究。研究表明，管道内表面的槽道结构，能够明显强化核态沸腾换热的能力，提高传热性能z在水平流动及竖直 上开流动中，槽道管内流动沸腾换热系数约为光滑园管的1.5-3倍，在坚直下降流动中，最高可以达到光滑圆营8倍左右。然而，不同流动方向的流动沸腾换热特性明显不同，说明在实验参数范围内，管内槽道群结构并不能影响到两相流流型，保证液体工质对槽道的润湿，也不能起到消除重力影响的作用。此外，本文还针对低温环境下航天器的加热控温，制备了一系居里温度符合电子设备热控要求的PTC材料，并从理论和实验两个方面，研究了利用PTC材料进行自适应控温的适用条件和热控特性。关键词z 空间热控:蒸发换热器;流动沸腾传热:环形流:关联式:槽道管:传热强化:重力影响Absn砸ABSTRACTThermaJcon扛olsystemisacmcialcomponentt0provideasta：bletemperanlrei11sp觚￡vellicletog岫ranteemeno衄aIoperationofins仇lmentsorcquipments．Witll也eadvanc锄ent纽ddeVelopmentofspacetechnology也e珊alcon仃olen访romentinspaceappli谢0nisg砌ngworse．hlhightemper曲鹏c洳stallcewhereheatlossra_te衄ou曲础ationis10w，蛆evapor栅isneed硒acons啪ptiVeheatsin：kt0rejectheat．0nthcotllerhan也electricalheatingisnecessaryto guar姐teetheop训onofsomecriticalappa胁swhenspacec斌 isinlowtempera．tureenvirOnment．F10w boiling heat 仃ansfer chauracteristic oftwo-phaSe nowis Ⅱle keyconsid酬oni11thedesignofanyeVapora恤gheatexchangesyste玎嗌．111misstudy，孤cxperimen纽lheat嘧lsf打coe伍cicntdatab嬲econtaining2783a瑚【ularflowdatapointsisbuilt劬m26openliteratures．The咖ular玎owda汕aSeconsistsofsevenworkiIlgnuids，coVering舭aulicdi锄etersof0．5—14．0mm，massVelocitiesof50-1290kg／m2s，liquid—oIllyReyn01dsnuInbersof240-55119，v印orqualitiesofo．10—0．98，heatn11)【of3．o~240．Okw／D12，1i叫dPr孤dtlnumberof1．26～5．85andreducedpressures丹o