重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件制造技术

本发明专利技术公开了一种重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件。使用本发明专利技术能够等效模拟重力驱动两相流体回路氨工质在高温、镍作催化剂条件下的分解过程。本发明专利技术为密闭、中空的一体成型的重力热管，其分为三段：储液部件、连接管路和高温烘烤组件，通过对重力热管的尺寸、结构设计，使得本发明专利技术能等效模拟重力驱动两相流体回路中氨工质在高温、镍作催化剂条件下的分解过程，进而可以利用重力热管测量不凝气体的方法获得氨分解得到的不凝气体量，测试方法现有、简便，从而可以简便、有效地判断氨工质与重力驱动两相流体回路材质的相容性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天器热控制
，具体涉及一种重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件。
技术介绍
在月球(或行星)着陆探测活动中，因月球表面昼夜温差大、探测器月夜期间无电能，为解决探测器月夜生存的难题，采用同位素核热源+重力驱动两相流体回路的热控设计方案，重力驱动两相流体回路的系统组成如图1所示，包括蒸发器1(包括丝网蒸发器7、液体分流器8和蒸气汇流器9)、蒸气管路2、冷凝管路3、储液器4、液体管路6和控制阀5，其中，冷凝管路3位于储液器4重力场上方，蒸发器1位于储液器4重力场的下方、并与同位素热源耦合安装，储液器4内液面和蒸发器1底部之间形成重力辅助高度差；储液器4通过液体管路6连接至蒸发器1入口，在液体管路6上设有控制阀5，蒸发器1出口依次通过蒸气管路2、冷凝管路3连接至储液器4，形成封闭的管路系统。重力驱动两相流体回路中充装氨作为气液相变传递热量的工质。月夜期间，控制阀5打开，蒸发器1中的氨工质吸收同位素热源的热量并相变成气体，气态的氨工质顺着蒸气管路2流至冷凝管路3中冷凝，经冷凝管路3将热量传导至月面探测器设备后，气态的氨工质冷凝为液体，流入储液器4中，液态的氨工质在重力的作用下，沿着液体管路6经控制阀5流入蒸发器中，形成导热回路，对天体探测器进行保温。月昼期间，通过关闭控制阀5来关闭重力驱动两相流体回路，阻断同位素核热源的热量向探测器内部传递，同位素核热源的热量通过自身的热辐射向外散失，同位素核热源的温度高达250℃～260℃，从而使得与之耦合的蒸发器1的温度高达250℃～260℃。重力驱动两相流体回路的工作介质为氨，回路材质为022Cr17Ni12Mo2不锈钢，镍元素含量为10％～14％。氨在镍元素作催化剂、温度高达250℃～260℃条件下，分解产生氮气和氢气等不溶于液态氨的不凝气体，对重力驱动两相流体回路性能产生不良的影响，需要开展对氨工质和回路材质间相容性问题的研究，评估氨分解产生的不凝气体量。如果直接采用重力驱动两相流体回路开展相容性问题的研究，将存在蒸发器1高温获取困难以及分解产生的不凝气体量无法直接进行测试的难题，因此本专利技术研制了一种重力热管，开展重力热管的高温相容性试验研究，等效模拟重力驱动两相流体回路的相容性问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件，能够等效模拟重力驱动两相流体回路氨工质在高温、镍作催化剂条件下的分解过程。本专利技术的重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件为密闭、中空的一体成型的重力热管，等效模拟试验件分为三段：储液部件、连接管路和高温烘烤组件，其中，连接管路一端与储液部件相连，另一端与高温烘烤组件相连，等效模拟试验件的材质与重力驱动两相流体回路的材质相同，等效模拟试验件中充装与重力驱动两相流体回路一致的工质；其中，高温烘烤组件的管路容积不小于重力驱动两相流体回路的蒸发器的管路容积，高温烘烤组件的管路内表面积不小于所述蒸发器的管路内表面积，高温烘烤组件中填充的丝网的规格尺寸与所述蒸发器中丝网相同；连接管路的管路截面不小于重力驱动两相流体回路的蒸气管路、冷凝管路以及液体管路中管路截面的最大值，连接管路的长度不大于重力驱动两相流体回路蒸气管路和冷凝管路的长度之和；储液部件的气空间容积与连接管路的容积之和不小于重力驱动两相流体回路蒸气管路、冷凝管路、液体管路的容积与储液器的气空间容积之和。其中，等效模拟试验件中氨工质的充装量确保储液部件中气空间容积与连接管路的容积之和不小于重力驱动两相流体回路蒸气管路的容积、冷凝管路的容积、液体管路的容积以及储液器的气空间容积之和；同时，氨工质的充装量确保重力热管能够正常工作。高温烘烤过程中，如果等效模拟试验件水平放置，需将等效模拟试验件中连接管路连接储液部件的一段弯曲，确保储液部件高度低于高温烘烤部件。有益效果：(1)本专利技术的等效模拟试验件结构简单，能等效模拟重力驱动两相流体回路中氨工质在高温、镍作催化剂条件下的分解过程，进而可以利用重力热管测量不凝气体的方法获得氨分解得到的不凝气体量，测试方法现有、简便，从而可以简便、有效地判断氨工质与重力驱动两相流体回路材质的相容性。(2)采用高温烘烤部件模拟蒸发器，将高温烘烤部件放置在高温烘烤炉内模拟蒸发器的高温条件，实现方法简单、有效。(3)如果高温烘烤过程中，等效模拟试验件水平放置，则需将等效模拟试验件中的连接管路靠近储液器的一段稍微弯曲，使得储液部件稍低于高温烘烤部件，从而避免储液部件中的液态氨工质在重力的作用下流入高温烘烤部件，破坏等效模拟试验件的等效模拟。附图说明图1为重力驱动两相流体回路的系统组成示意图。图2为相容性等效模拟试验件的系统组成示意图。其中，1-蒸发器，2-蒸气管路，3-冷凝管路，4-储液器，5-控制阀，6-液体管路，7-丝网蒸发器，8-液体分流器，9-蒸汽汇流器，10-储液部件，11-连接管路，12-高温烘烤组件。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件，等效模拟试验件为一种重力热管，利用重力热管的高温烘烤过程中氨的分解等效模拟重力驱动两相流体回路月昼期间蒸发器氨的分解过程，从而可以根据现有重力热管的不凝气体测试方法进行不凝气体测量。重力驱动两相流体回路示意图如图1所示，月昼期间，控制阀5关闭，与同位素核热源耦合的蒸发器1(包括丝网蒸发器7、液体分流器8和蒸气汇流器9)温度高达250℃～260℃，蒸发器内氨工质为气态，储液器4的温度为0℃～70℃，蒸气管路2、冷凝管路3及液体管路6的温度高于储液器4的温度，因此蒸气管路2、冷凝管路3内工质为气态，储液器4分为两层，上层为气态氨，下层为液态氨。蒸发器1内工质氨在镍作催化剂的条件下发生分解产生氮气和氢气，随着时间的积累，蒸发器1中氮气和氢气的浓度越来越大，而气态氨的浓度越来越小，初始状态下蒸气管路2、冷凝管路3、储液器4以及液体管路5中为高纯氨，在浓度差的驱动下，蒸发器1中的氮气和氢气将向蒸气管路2、冷凝管路3、储液器4以及液体管路6中扩散，蒸发器1中的氮气和氢气的浓度降低，而蒸气管路2、冷凝管路3、储液器4以及液体管路6中的高纯氨气将向蒸发器1扩散，蒸发器1中的气态氨浓度升高。由于扩散效应，一方面降低了蒸发器1中氮气和氢气的量，另一方面增大了蒸发器1中氨气的量，从而使得蒸发器1中...

【技术保护点】
一种重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件，其特征在于，所述等效模拟试验件为密闭、中空的一体成型的重力热管，等效模拟试验件分为三段：储液部件(10)、连接管路(11)和高温烘烤组件(12)，其中，连接管路(11)一端与储液部件(10)相连，另一端与高温烘烤组件(12)相连，等效模拟试验件的材质与重力驱动两相流体回路的材质相同，等效模拟试验件中充装与重力驱动两相流体回路一致的工质；其中，高温烘烤组件(12)的管路容积不小于重力驱动两相流体回路的蒸发器的管路容积，高温烘烤组件(12)的管路内表面积不小于所述蒸发器的管路内表面积，高温烘烤组件(12)中填充的丝网的规格尺寸与所述蒸发器中丝网相同；连接管路(11)的管路截面不小于重力驱动两相流体回路的蒸气管路、冷凝管路以及液体管路中管路截面的最大值，连接管路(11)的长度不大于重力驱动两相流体回路蒸气管路和冷凝管路的长度之和；储液部件(10)的气空间容积与连接管路(11)的容积之和不小于重力驱动两相流体回路蒸气管路、冷凝管路、液体管路的容积与储液器的气空间容积之和。

【技术特征摘要】
1.一种重力驱动两相流体回路相容性等效模拟试验件，其特征在于，所述
等效模拟试验件为密闭、中空的一体成型的重力热管，等效模拟试验件分为三
段：储液部件(10)、连接管路(11)和高温烘烤组件(12)，其中，连接管路
(11)一端与储液部件(10)相连，另一端与高温烘烤组件(12)相连，等效
模拟试验件的材质与重力驱动两相流体回路的材质相同，等效模拟试验件中充
装与重力驱动两相流体回路一致的工质；
其中，高温烘烤组件(12)的管路容积不小于重力驱动两相流体回路的蒸
发器的管路容积，高温烘烤组件(12)的管路内表面积不小于所述蒸发器的管
路内表面积，高温烘烤组件(12)中填充的丝网的规格尺寸与所述蒸发器中丝
网相同；
连接管路(11)的管路截面不小于重力驱动两相流体回路的蒸气管路、冷
凝管路以及液体管路中管路截面的最大值，连接管路(11)的长度不大于重力
驱动两相流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王录，苗建印，张红星，吕巍，李磊，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11