航天热泵系统和应用于航天热泵系统的微重力气液分离器技术方案

本文提供一种航天热泵系统和应用于航天热泵系统的微重力气液分离器。微重力气液分离器包括多孔介质收集区以及依次连接的入口通道、中间通道和出口通道，入口通道和中间通道连接处呈折形，入口通道和多孔介质收集区位于中间通道的两侧，多孔介质收集区的一端与中间通道相通、另一端形成有出液口，与中间通道相连接的入口通道的一端朝向多孔介质收集区。该微重力气液分离器，两相流体以一定的速度自入口通道进入中间通道后，在惯性作用两相流体中的液体进入多孔介质收集区、在离心力和毛细力作用下被捕捉下来，收集在多孔介质收集区，最后自出液口排出，两相流体中的气体自出口通道排出，以此来实现在微重力条件下进行气液分离。

【技术实现步骤摘要】
航天热泵系统和应用于航天热泵系统的微重力气液分离器
本文涉及航天设备
，尤指一种应用于航天热泵系统的微重力气液分离器和一种航天热泵系统。
技术介绍
航天器运行在真空、低温背景辐射和较强的太阳辐射共存的多变热辐射环境中，必须有热控制系统维持设备运行在合适的温度范围。热控制系统作为载人航天器的一个重要功能系统，用来保障舱内仪器设备处于正常的温度水平，也为载人航天器维持航天员在轨正常工作、舒适生活提供基础支持。目前航天器所采用的热控制系统主要是单相流体回路。随着航天器规模的不断扩大以及新一代电子设备的应用，必将使未来航天器的热载荷以及热流密度呈数量级的增加，预计可以达到几百千瓦的量级。随着热载荷以及热流密度的增加，传统的热控制系统例如环路热管、单相流体回路等将很难将这些热量及时排散。
技术实现思路
热泵热控系统是一种很具应用潜力的热控系统，其难以在航天器上应用的难题之一是气液分离技术。对于压缩机驱动的两相流体回路，压缩机布置在冷凝器后，蒸发器前。对于大多数类型的压缩机，都不允许液态工质进入压缩机，否则容易引起液击导致压缩机受损乃至无法工作。为防止未完全蒸发的循环工质进入压缩机导致压缩机无法工作，需要在压缩机入口前设置气液分离器，分离未完全蒸发的循环工质。因此气液分离器是两相热控回路所必须的部件。由于大部分航天器运行于微重力(10e-5～10e-4g,其中g为地球重力加速度，9.8m/s2)状态，地面上常用的依靠重力进行气液分离的气液分离器都无法在微重力条件下使用。因此，本领域的技术人员亟需提供一种气液分离器，满足在微重力条件下使用。本申请提供了一种微重力气液分离器，能够满足在微重力条件下进行气液分离。本申请还提供了一种航天器用热泵系统。本专利技术实施例提供的微重力气液分离器，包括多孔介质收集区以及依次连接的入口通道、中间通道和出口通道，所述入口通道和所述中间通道连接处呈折形，所述入口通道和所述多孔介质收集区位于所述中间通道的两侧，所述多孔介质收集区的一端与所述中间通道相通、另一端形成有出液口，与所述中间通道相连接的所述入口通道的一端朝向所述多孔介质收集区。在一示例性实施例中，所述多孔介质收集区的临近所述中间通道一端的孔隙率为a，所述多孔介质收集区的临近所述出液口一端的孔隙率为b，a大于b。在一示例性实施例中，所述多孔介质收集区的孔隙率自临近所述中间通道的一端向临近所述出液口的一端逐渐减小。在一示例性实施例中，所述多孔介质收集区的直径自临近所述中间通道的一端向临近所述出液口的一端逐渐减小。在一示例性实施例中，所述入口通道和所述出口通道并列设置、并与所述中间通道连接形成U形结构，所述多孔介质收集区和所述中间通道并排设置，背向所述入口通道和所述出口通道的所述中间通道的一侧与所述孔介质收集区的一端相通。在一示例性实施例中，所述入口通道的尺寸为(40～60)mm*(80～120)mm*(80～120)mm，所述出口通道的尺寸为(40～60)mm*(80～120)mm*(80～120)mm，所述中间通道的宽度不大于50mm，所述多孔介质收集区高为65～85mm，所述多孔介质收集区的孔隙度不大于1.0，所述多孔介质收集区的渗透率为1e-7m2～2e-8m2。在一示例性实施例中，所述入口通道的尺寸为50mm*100mm*100mm，所述出口通道的尺寸为50mm*100mm*100mm，所述中间通道的宽度为10mm，所述多孔介质收集区高为75mm，所述多孔介质收集区的孔隙度为0.8，所述多孔介质收集区的渗透率为1e-7m2。本专利技术实施例提供的航天器用热泵系统，包括上述任一实施例所述的微重力气液分离器。在一示例性实施例中，所述热泵系统还包括第一换热器、第二换热器、压缩机、回液泵和节流阀；所述第一换热器的入口端与所述压缩机的出口端相连接，所述出口通道与所述压缩机的入口端相连接，所述第二换热器的出口端与所述入口通道相连接，所述第二换热器的入口端与所述节流阀的出口端相连接，所述回液泵的入口端与所述出液口相连接，所述回液泵的出口端和所述第一换热器的出口端均与所述节流阀的入口端相连接。在一示例性实施例中，所述热泵系统还包括储液器，所述回液泵的出口端和所述第一换热器的出口端均与所述储液器的入口端相连接，所述储液器的出口端与所述节流阀的入口端相连接。在一示例性实施例中，进入所述入口通道的两相流体的速度为0.7～1.3m/s。在一示例性实施例中，进入所述入口通道的两相流体的速度为1.0m/s。本专利技术实施例提供的微重力气液分离器，入口通道和中间通道连接处呈折形，且与中间通道相连接的入口通道的一端朝向多孔介质收集区，两相流体以一定的速度自入口通道进入中间通道后，由于惯性作用两相流体中的液体进入多孔介质收集区、在离心力和毛细力作用下被捕捉下来，收集在多孔介质收集区，最后自出液口排出，两相流体中的气体自出口通道排出，以此来实现在微重力条件下进行气液分离。进一步地，多孔介质收集区的孔隙率自临近中间通道的一端向临近出液口的一端逐渐减小，多孔介质收集区的孔隙率越低，其毛细吸附能力越高，因此被多孔介质收集区捕捉到的液滴会在梯度毛细力的作用下在多孔介质收集区的临近出液口的一端聚集。在一示例性实施例中，入口通道和出口通道的横截面也可以呈正方形或圆形或其它形状等，也可实现本专利技术的目的，其宗旨未脱离本专利技术的设计思想，在此不再赘述，均应属于本申请的保护范围内。在一示例性实施例中，该微重力气液分离器也可以在处于重力条件下的常规热泵系统中使用，如应用于空调器中，也可实现本专利技术的目的，其宗旨未脱离本专利技术的设计思想，在此不再赘述，均应属于本申请的保护范围内。本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。图1为本申请实施例所述的航天器用热泵系统的结构示意图；图2为图1中微重力气液分离器一实施例的剖视结构示意图；图3为图1中微重力气液分离器另一实施例的立体结构示意图；图4为图3所示微重力气液分离器中入口通道或出口通道的网格划分图；图5为图3所示微重力气液分离器中多孔介质收集区的网格划分图；图6为入口速度1m/s液滴运动轨迹图；图7为不同粒径液滴捕捉效率图；图8为不同入口速度液滴捕捉效率对比图；图9a为垂直于x轴剖面速度云图，入口速度1.0m/s，多孔介质渗透率1e-7m2；图9b为垂直于y轴剖面速度云图，入口速度1.0m/s，多孔介质渗透率1e-7m2；图10a为垂直于x轴剖面速度云图，入口速度0.5m/s，多孔介质渗透率1e-7m2；图10b为垂直于y轴剖面速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微重力气液分离器，其特征在于，包括多孔介质收集区以及依次连接的入口通道、中间通道和出口通道，所述入口通道和所述中间通道连接处呈折形，所述入口通道和所述多孔介质收集区位于所述中间通道的两侧，所述多孔介质收集区的一端与所述中间通道相通、另一端形成有出液口，与所述中间通道相连接的所述入口通道的一端朝向所述多孔介质收集区。/n

【技术特征摘要】
1.一种微重力气液分离器，其特征在于，包括多孔介质收集区以及依次连接的入口通道、中间通道和出口通道，所述入口通道和所述中间通道连接处呈折形，所述入口通道和所述多孔介质收集区位于所述中间通道的两侧，所述多孔介质收集区的一端与所述中间通道相通、另一端形成有出液口，与所述中间通道相连接的所述入口通道的一端朝向所述多孔介质收集区。


2.根据权利要求1所述的微重力气液分离器，其特征在于，所述多孔介质收集区的临近所述中间通道一端的孔隙率为a，所述多孔介质收集区的临近所述出液口一端的孔隙率为b，a大于b。


3.根据权利要求2所述的微重力气液分离器，其特征在于，所述多孔介质收集区的孔隙率自临近所述中间通道的一端向临近所述出液口的一端逐渐减小。


4.根据权利要求1所述的微重力气液分离器，其特征在于，所述多孔介质收集区的直径自临近所述中间通道的一端向临近所述出液口的一端逐渐减小。


5.根据权利要求1所述的微重力气液分离器，其特征在于，所述入口通道和所述出口通道并列设置、并与所述中间通道连接形成U形结构，所述多孔介质收集区和所述中间通道并排设置，背向所述入口通道和所述出口通道的所述中间通道的一侧与所述孔介质收集区的一端相通。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的微重力气液分离器，其特征在于，所述入口通道的尺寸为(40～60)mm*(80～120)mm*(80～120)mm，所述出口通道的尺寸为(40～60)mm*(80～120)mm*(80～120)mm，所述中间通道的宽度不大于50mm，所述多孔介质收集区高为65～85mm，所述多孔介质收集区的孔隙度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐向华，文金远，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11